EP1282762A1

EP1282762A1 - Kühlsystem für fahrzeuge

Info

Publication number: EP1282762A1
Application number: EP01940414A
Authority: EP
Inventors: Roland Altvater; Andreas Hölscher
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2000-05-13
Filing date: 2001-05-08
Publication date: 2003-02-12
Also published as: DE10023519A1; WO2001088349A1

Abstract

Die Erfindung geht von einem Kühlsystem (1) für Fahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine (2) und einem Getriebe (15) aus, wobei das Kühlsystem (1) mindestens einen Lüfter, eine Kühlmittelpumpe (6), die in Abhängigkeit von einer an mindestens einer Stelle des Kühlsystems (1) gemessenen Temperatur geregelt wird, einen Wärmetauscher (3, 5, 16), eine Kühlmittelverteilereinrichtung (7, 8, 20) und mehrere Kühlmittelkreisläufe aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass die Drehzahl der Kühlmittelpumpe (6) mit der Leistung der Brennkraftmaschine (2) zunimmt und die Drehzahl des Lüfters der Drehzahl der Kühlmittelpumpe (6) folgt, indem der Lüfter erst bei einer unteren Grenzdrehzahl der Kühlmittelpumpe (6) startet und seine maximale Drehzahl erst erreicht, wenn die Kühlmittelpumpe (6) ihre maximale Drehzahl bereits eine Weile erreicht hat.

Description

Kühlsystem für Fahrzeuge

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Die heutigen Kühlsysteme für Fahrzeuge sind standardmäßig mit einer Kühlmittelpumpe ausgestattet, die durch eine konstante Übersetzung mit der Drehzahl einer Antriebs- maschine, in der Regel einer Brennkraftmaschine, gekoppelt ist. Ferner ist ein als Kühler ausgebildeter Wärmetauscher vorgesehen, durch den das Kühlmittel gefördert wird und der von einem drehzahlgeregelten Lüfter mit Kühlluft beaufschlagt wird. Um beim Start möglichst schnell eine optimale Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine zu erreichen, ist parallel zum Kühler eine Bypassleitung vorgesehen, durch die mittels eines Thermostaten bei niedriger Kühlmitteltemperatur zumindest ein Teil des Kühlmittelstroms geleitet wird. Sobald die optimale Betriebstemperatur erreicht wird, startet der Lüfter bzw. wird seine Drehzahl entsprechend dem Wärmeanfall geregelt.

Da das gesamte Kühlsystem für die maximale auftretende Wärmemenge ausgelegt sein muss, ist es für den Teillastbe- reich, in dem Fahrzeugantriebe in der Regel arbeiten, überdimensioniert. Durch die hohe Kühlleistung wird der Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeugantriebs vor allem in diesem Betriebsbereich verschlechtert. Außerdem ist das Ansprechverhalten von Thermostatventilen, insbesondere von Dehnstoff- ventilen, relativ träge. Daher müssen die Sollwerttemperaturen deutlich unter den maximal zulässigen Temperaturen eingestellt werden, um Schäden an den Aggregaten zu vermeiden. Aus der DE 196 41 558 AI ist ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem die Drehzahl einer Kühlmittelpumpe in Abhängigkeit von einer Temperatur der Brennkraftmaschine derart eingestellt wird, dass ein vorbestimmter maximaler Temperaturwert nicht überschritten wird. Ein Elektromotor kann die Kühlmittelpumpe antreiben, der an dem elektrischen Stromkreis des Fahrzeugs angeschlossen ist. Es können auch mehrere Kühlmittelpumpen vorgesehen sein, von denen eine oder mehrere drehzahlgeregelt sind.

Ein oder mehrere Temperatursensoren erfassen die Temperaturen an verschiedenen Stellen der Brennkraftmaschine oder auch der Kühlmittelleitung. Sie sind über Signallei- tungen mit einer Regelvorrichtung verbunden. Parallel zum Kühler ist eine Bypassleitung vorgesehen, an deren Abzweigung ein Drei/Zweiwegeventil angeordnet ist. Dieses hat die Funktion, den Kühlmittelstrom so zu steuern, dass er entweder durch den Kühler oder aber durch die Bypassleitung am Kühler vorbei geführt werden kann. In einer Betriebsphase mit hoher Wärmeabfuhr steuert das Ventil den Kühlstrom teilweise oder größtenteils zum Kühler. Das Ventil kann als Dehnstoffregelventil oder als elektrisches oder pneumatisches stetig regelndes Ventil ausgeführt sein.

Das Kühlsystem umfasst ferner einen Retarder, dessen Arbeitsmedium das Kühlmittel ist. Der Retarder kann sowohl ein Primärretarder sein, dessen Drehzahl abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ist, oder ein Sekundärre- tarder, dessen Drehzahl abhängig von der Fahrgeschwindigkeit ist. Dabei ist es auch möglich, dass das Kühlmittel nicht zugleich Arbeitsmittel des Retarders ist, sondern lediglich durch einen Wärmetauscher geleitet wird, der vom Betriebsmittel des Retarder durchströmt wird, und von dort die Wärme aufnimmt, die im Bremsbetrieb im Retarder erzeugt wird.

Aus der DE 198 21 100 AI ist ein Lüfter für ein Kühlsystems eines Kraftfahrzeugs bekannt. Die Brennkraftmaschine treibt über einen Riementrieb mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen den Lüfter an. Dazu besitzen die zugeordneten Riemenscheiben jeweils eine Schaltkupplung, wodurch sowohl die unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse hergestellt werden als auch das Lüfterrad abgeschaltet werden kann.

Es ist ferner aus der DE 195 33 642 AI bekannt, zur Regelung des Lüfters eine Flüssigkeitsreibungskupplung vorzusehen. Solche so genannten Visko-Kupplungen besitzen grundsätzlich ein großes Hystereseverhalten und eine recht lange Kaltstartphase auf Grund der entsprechend hohen Viskosität der Flüssigkeit.

Schließlich ist aus der DE 196 28 742 AI ein Lüfter bekannt, bei dem die Drehzahl durch ein hydrostatisches Getriebe geregelt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch das

Kühlsystem bedingte Wirkungsgradverluste zu verringern. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nach der Erfindung ist die Drehzahl der Kühlmittelpumpe so geregelt, dass sie mit der Leistung der Brennkraftmaschine zunimmt, wobei die Drehzahl des Lüfters der Drehzahl der Kühlmittelpumpe folgt. Der Lüfter startet jedoch erst bei einer unteren Grenzdrehzahl der Kühlmittelpumpe und erreicht seine maximale Drehzahl, wenn die Kühlmittelpumpe ihre maximale Drehzahl bereits eine Weile erreicht hat.

Durch die Drehzahlregelung der Kühlmittelpumpe erreicht man, dass die Leistungsaufnahme der Kühlmittelpumpe mit der Leistung der Brennkraftmaschine zunimmt und damit im Teillastbereich der Brennkraftmaschine relativ gering ist. Dadurch ergibt sich ein relativ guter Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeugantriebs. Ferner erreicht die Brennkraftmaschine auf Grund der geringeren Kühlung beim Start sehr schnell ihre optimale Betriebstemperatur.

Reicht die Steigerung des Kühlmittelstroms nicht mehr aus, eine optimale Temperatur der Brennkraftmaschine zu halten, und wird diese überschritten, wird der Lüfter gestartet und ebenfalls in Abhängigkeit von geeigneten Parametern des Antriebsstrangs geregelt, z.B. der Leistung bzw. der Temperatur. Wenn die Kühlmittelpumpe und der Lüfter ihre maximalen Drehzahlen erreicht haben, ist die maximale Kühlkapazität des Kühlsystems erreicht. Diese Kapazität muss ausreichen, selbst bei ungünstigen Bedingungen die Temperaturen der Brennkraftmaschine unter den zulässigen Höchstwerten zu halten.

Bei einfachen Kühlsystemen kann eine sonst übliche Bypassleitung mit einem Thermostatventil entfallen. Um eine Fahrzeugheizung in einer parallel zum Kühler geschalteten Heizleitung mit einem ausreichenden Druck betreiben zu können, ist zwischen einer Abzweigung der Heizleitung und dem Kühlerzulauf ein Steuerventil in Form eines Druckregelventils angeordnet, das in Abhängigkeit vom Druck in der vor- geschalteten Kühlmittelleitung öffnet. Dieser Druck ist abhängig vom Volumenstrom bzw. der Drehzahl der Kühlmittelpumpe. Die Fahrzeugheizung bildet einen zweiten Kühlmittelkreislauf. Dieser Kühlmittelkreislauf wird über ein Steuer- ventil zugeschaltet, und zwar bei einem geringen Volumenstrom der Kühlmittelpumpe bevor der Kühlmittelkreislauf über den Kühler zugeschaltet wird.

Bei Hochleistungsgetrieben für Kraftfahrzeuge, die häufig einen integrierten Retarder umfassen, und bei Automatgetrieben ist es zweckmäßig, das Getriebeöl zu kühlen und einen Wärmeaustausch über einen Getriebewärmetauscher zum Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine vorzusehen. Dadurch können die Kühleinrichtungen der Brennkraftmaschine auch für das Getriebe und den Retarder genutzt werden. Dies ist insbesondere im Retarderbetrieb vorteilhaft, da zu dieser Zeit der Wärmeanfall in der Brennkraftmaschine gering ist und die Leistung der Kühlmittelpumpe und des Lüfters zum Abbremsen des Fahrzeugs genutzt werden können. Dabei kann der Getriebewärmetauscher in Strömungsrichtung vor oder hinter der Kühlmittelpumpe und/oder vor oder nach der Brennkraftmaschine angeordnet sein.

Es ist ferner zweckmäßig, bei dem erfindungsgemäßen Kühlsystem eine übliche Bypassleitung parallel zum Kühler und zur Brennkraftmaschine vorzusehen. Die Bypassleitung dient vor allem beim Start der Brennkraftmaschine dazu, in einem kleinen Kühlmittelkreislauf möglichst schnell die optimale Temperatur der Brennkraftmaschine zu erreichen. Erfindungsgemäß ist an der Abzweigstelle der Bypassleitung ein Steuerventil angeordnet, das als Kühlmittelstromverteiler ausgebildet ist und bei geringem Kühlmittelstrom und entsprechend geringem Druck in der Kühlmittelleitung der Brennkraftmaschine den Bypass öffnet und den Kühlerzulauf schließt.

Der Kühlmittelstromverteiler ist zweckmäßigerweise als Klappenventil ausgebildet, dessen Klappe um eine Drehachse schwenkbar und durch eine Feder so belastet ist, dass sie den Kühlerzulauf ganz oder nahezu ganz schließt, wenn der Kühlmittelstrom unterhalb eines Grenzvolumenstroms liegt, so dass der restliche Kühlmittelstrom durch die Bypasslei- tung strömt. Oberhalb des Grenzvolumenstroms übt der Kühlmittelstrom einen solchen Druck auf die Klappe aus, dass die Federkraft überschritten wird und die Klappe den Kühlerzulauf mit steigendem Volumenstrom stetig weiter freigibt.

Neben der Feder können weitere Wirkelemente in Form von Magneten, einer Bimetallfeder oder Bimetallelementen Zusatzkräfte auf die Klappe in Öffnungs- oder Schließrichtung ausüben. Der Magnet, der als Permanentmagnet oder Elektromagnet ausgebildet sein kann, ist so angeordnet, dass die Klappe ohne Volumenstrom in die Ruheposition zurückgeht, jedoch bei einem Volumenstrom gehalten wird, wie er sich bei Leerlauf der Brennkraftmaschine einstellt. Wird ein Elektromagnet eingesetzt, kann dieser von einer Steuer- elektronik beliebig von relevanten Steuerparametern oder von einem integrierten Thermoschalter in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur geschaltet werden.

Die Bimetallfeder belastet die Klappe zusätzlich in Richtung der ersten Feder, und zwar so, dass ihre Kraft mit abnehmender Kühlmitteltemperatur und verringertem Kühlmittelstrom zunimmt. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind an den Rändern der Klappe Bimetallelemente angebracht, so dass sich die Ränder in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur unterschiedlich aufwölben und somit im Kühlmittelstrom gewünschte Zusatzkräfte in Öffnungs- oder Schließrichtung erzeugen.

Zusätzlich kann die Klappe einen Flügel aufweisen, der entgegen der Strömungsrichtung des Kühlmittels gerichtet ist und der einen Winkel mit der Klappe einschließt. Vor- teilerhafterweise ist der Flügel ebenfalls ein Bimetall, so dass sich der Winkel zwischen der Klappe und dem Flügel temperaturabhängig ändert, insbesondere bei hohen Temperaturen und großem Kühlmittelstrom zunimmt, so dass der Kühl- mittelstrom eine große Kraft auf die Klappe ausübt, wenn sie den Kühlerzulauf öffnet und die Bypassleitung schließt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Klappe quer zur Drehachse geteilt, wobei auf die Klappenteile unterschiedliche Wirkelemente einwirken können. Als Wirkelemente kommen Federn, Magnete und Bimetalle in Frage, die sich in Größe, Kraft und Regelcharakteristik unterscheiden können. Die Aufteilung der Klappe, die zweckmäßigerweise asymmetrisch ist, und die Auswahl der Wirkelemente ermöglichen eine große Flexibilität der Steuerungs- Charakteristik über einen weiten Temperaturbereich.

Das erfindungsgemäße Kühlsystem ist nicht beschränkt auf Klappenventile. Es sind auch andere Arten von Steuerventilen anwendbar. Gemäß einer Ausgestaltung wird die Kom- bination eines Klappenventils mit einem Steuerschieber vorgeschlagen, bei dem die Klappe den Kühlerzulauf und der Schieber die Bypassleitung steuert. Die Klappe und der Schieber sind durch einen Lenker miteinander gekoppelt, so dass eine Verstellung der Klappe eine entsprechende Verschiebung des Schiebers bewirkt.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeich- nungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusam- menfassen. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Kühlsystems, Fig. 2 eine Variante zu Fig. 1 mit einem Getriebe und Getriebewärmetauscher, Fig. 3 bis 8 Varianten zu Fig. 2,

Fig. 9 einen Kühlmittelstromverteiler als Klappen- ventil,

Fig. 10 ein Klappenventil nach Fig. 9, bei dem ein

KühlerZulauf vermehrt geöffnet ist, Fig. 11 ein Klappenventil mit einem entgegen der Strömungsrichtung weisenden Flügel, Fig. 12 und 13 verschiedene Stellungen des Klappenventils nach Fig. 11, Fig. 14 ein Klappenventil in Kombination mit einem Schieber für eine Bypassleitung und Fig. 15 eine Ausführung nach Fig. 14, jedoch mit geschlossener Bypassleitung. Das in Fig. 1 dargestellte Kühlsystem 1 besitzt eine Brennkraftmaschine 2, die über eine Kühlmittelleitung 25 mit einem Kühlerzulauf 13 eines als Kühler 3 ausgebildeten Wärmetauschers verbunden ist. Das Kühlmittel der Brenn- kraftmaschine 2 wird von einer drehzahlgeregelten Kühlmittelpumpe 6 gefördert und gelangt über einen Kühlerrücklauf 14 zur Brennkraftmaschine 2 zurück. Pfeile 37 geben die Strömungsrichtung des Kühlmittels an. Der Kühler 3 wird von einem Luftstrom 4 durchflössen und gekühlt, der von einem nicht näher dargestellten, ebenfalls drehzahlgeregelten Lüfter erzeugt wird.

Die wesentlichen Temperaturen vor der Brennkraftmaschine 2 werden von einem Temperatursensor 10 erfasst, wäh- rend die entsprechenden Temperaturen des Kühlmittels nach der Brennkraftmaschine 2 von einem Temperatursensor 9 erfasst werden. Die Temperatursensoren 9 und 10 sind über nicht näher dargestellte Signalleitungen mit einer zentralen Steuereinheit oder mit Steuerelementen verbunden, die in der Kühlmittelpumpe 6 oder dem Lüfter oder entsprechenden Stellgliedern integriert sind.

Der Kühlkreislauf des Kühlsystems 1 ist durch eine Heizleitung 12 unterteilt, die an einer Abzweigstelle 11 von der Kühlmittelleitung 25 abzweigt und die Kühlmittelleitung 25 mit dem Kühlerrücklauf 14 verbindet. In der Heizleitung 12 ist ein als Fahrzeugheizung 5 ausgebildeter Wärmetauscher vorgesehen. Ein Steuerventil 8 steuert den Durchfluss durch die Fahrzeugheizung 5 entsprechend Vorga- ben, die manuell oder über die Steuereinheit eingestellt werden. In dem Kühlerzulauf 13 ist ein druckabhängiges Steuerventil 7 angeordnet, das vermehrt öffnet, wenn der Druck in der Kühlmittelleitung 25 auf Grund des zunehmenden Förderstroms der drehzahlgeregelten Kühlmittelpumpe 6 ansteigt. Der Kühlmittelstrom der Kühlmittelpumpe 6 nimmt mit ihrer Drehzahl zu, die ihrerseits in Abhängigkeit der Temperaturen gesteuert wird, die von den Sensoren 9 und 10 erfasst werden. Überschreitet die Temperatur der Brennkraftmaschine 2 die optimale Temperatur, obwohl die Drehzahlregelung der Kühlmittelpumpe 6 die maximale Drehzahl erreicht, wird der Lüfter gestartet und die optimale Temperatur durch die Drehzahlregelung des Luftstroms 4 gewähr- leistet.

Die Ausführung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 dadurch, dass für ein Getriebe 15 ein Getriebewärmetauscher 16 im Kühlsystem 1 vorgesehen ist. Eine Ge- triebepumpe 17 fördert das Getriebeöl über Ölleitungen 19 vom Getriebe 15 zum Wärmetauscher 16 und zurück. Temperatursensoren 18 und 24 erfassen die Getriebeöltemperatur am Ausgang des Getriebes 15 bzw. am Eingang des Wärmetauschers 16 und im Ölsumpf des Getriebes 15. Übersteigen die Temperaturen des Getriebeöls vorgegebene Grenzwerte, wird der Kühlmittelstrom im Kühlsystem 1 erhöht, um die anfallende Wärmemenge im Getriebewärmetauscher 16 durch ein größeres Temperaturgefälle schneller abführen zu können.

Der Getriebewärmetauscher 16 kann in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor der Kühlmittelpumpe 6 oder danach in den Kühlkreis eingeschaltet sein. Ferner kann er wie in Fig. 2 gezeigt vor der Brennkraftmaschine 2 oder wie in der Ausführung nach Fig. 3 dargestellt nach der Brennkraftma- schine 2 angeordnet sein. Bei der Ausführung nach Fig. 4 ist eine Bypassleitung 21 vorgesehen, die parallel zum Kühler 3 und zur Brennkraftmaschine 2 angeordnet ist. An der Abzweigstelle der Bypassleitung 21 ist in der Kühlmittelleitung 25 ein Steuerventil in Form eines Kühlmittelstromverteilers 20 angeordnet. Dieser verteilt den Kühlmittelstrom in Abhängigkeit von seiner Gr.öße auf die Bypassleitung 21 bzw. auf den Kühlerzulauf 13. Erhöht die Kühlmittelpumpe 6 auf Grund steigender Temperaturen des Kühlmittels den Kühlmittel- ström, indem sie ihre Drehzahl erhöht, steigt der Kühlmittelstrom und mit ihm der Kühlmitteldruck in der Kühlmittelleitung 25 an. Dieser wirkt mittelbar oder unmittelbar auf das Stellglied in Form einer Klappe 26 des Kühlmittelstromverteilers 20. Es ist auch möglich, dass der Durchfluss durch die Kühlmittelleitung 25 mittels eines Durchflusssensors erfasst wird, der ein Signal für einen Stellantrieb des Kühlmittelstromverteilers 20 liefert.

Da im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine 2 nur eine geringe Wärmeleistung ins Kühlmittel übertragen wird, kann der von der Kühlmittelpumpe 6 erzeugte Kühlmittelstrom gering sein. Bei kalter Brennkraftmaschine 2 kann zeitweise auf einen Kühlmittelstrom verzichtet werden, um die Aufheizzeit der Brennkraftmaschine 2 zu verkürzen. In diesem Betriebspunkt läuft die Kühlmittelpumpe 6 nicht oder nur mit einer geringen Drehzahl. Der Lüfter ist abgeschaltet. Bei warmer Brennkraftmaschine 2 wird die Drehzahl der Kühlmittelpumpe 6 erhöht und der Kühlmittelstrom wird mit zunehmender Temperatur der Brennkraftmaschine 2 und/oder Lei- stung angehoben. Der Kühlmittelstrom wird nun auch genutzt, um eine Fahrzeugheizung 5 zu bedienen. In dem Betriebszustand, in dem die Kühlmittelpumpe 6 mit geringer Drehzahl läuft, ist der Lüfter abgeschaltet oder läuft ebenfalls mit einer geringen Drehzahl.

Auch im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine 2 kann bei niedrigen Außentemperaturen mit einem verringerten

Kühlmittel Strom gefahren werden, da die anfallende Wärmemenge hierbei neben dem Wärmetransport über das Kühlmittel auch durch Konvektion der erwärmten Oberfläche der Brennkraftmaschine 2 geschieht. Ebenfalls trägt die Fahrzeughei- zung 5, sofern sie eingeschaltet ist, zur Kühlung der

Brennkraftmaschine 2 bei. Mit steigenden Außentemperaturen und damit steigenden Kühlmitteltemperaturen wird der Kühlmittelstrom angehoben. Die Kühlmittelpumpe 6 und der Lüfter laufen mit geringer bis mittlerer Drehzahl.

Ähnliches gilt für den Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine 2, jedoch bei einem höheren Drehzahlniveau der Kühlmittelpumpe 6 und des Lüfters.

Bei der Ausführung nach Fig. 5 ist der Getriebewärmetauscher 16 nach der Brennkraftmaschine 2 in den Kühlmittelkreislauf eingeschaltet. Besitzt das Getriebe 15 einen Retarder 22 (Fig. 7 und 8), wird im Retarderbetrieb der maximale Kühlmittelstrom eingestellt. Über die Lüfterdreh- zahl kann die Kühlmitteltemperatur im Bedarfsfall geregelt werden. Die Bremsleistung des Retarders 22 wird dabei durch die Leistungsaufnahme der Kühlmittelpumpe 6 und des Lüfters erhöht.

Ist der Getriebewärmetauscher 16 nach der Brennkraftmaschine 2 angeordnet, so kann im Betrieb des Retarders 22 die Kühlmitteltemperatur zu stark sinken. Es wird daher über ein Drucksteuerventil 23 ein Teilkühlmittelstrom an der Brennkraftmaschine 2 vorbei zum Getriebewärmetauscher 16 geleitet. Das Drucksteuerventil 23 öffnet, sobald ein vorgegebener Druck überschritten wird. Da während des Retarderbetriebs der Wärmeanfall in der Brennkraftmaschine 2 gering ist, wird durch diese Maßnahme ein Temperatursprung in der Brennkraftmaschine 2 vermindert.

Bei der Ausführung nach Fig. 6 ist der Getriebewärmetauscher 16 im Kühlerrücklauf 14 angeordnet. Da bei gerin- gern Kühlmittelstrom auch bei dieser Anordnung noch der Getriebewärmetauscher 16 mit Kühlmittel durchströmt werden muss, ist der Kühlmittelstromverteiler 20 in diesem Fall so ausgeführt, dass immer ein Mindestkühlmittelstrom durch den Kühler 3 fließt.

Um die Temperatur der Brennkraftmaschine 2 in den optimalen Temperaturbetriebspunkt zu bringen, kann eine elektronische Steuerung vorgesehen werden. Die elektronische Steuerung nimmt dazu Kennwerte des Antriebsstrangs, der Brennkraftmaschine 2 und des Getriebes 15 sowie des Retarders 22 auf und ermittelt daraus die Anforderungen an die Kühlmittelpumpe 6 und den Lüfter. Die optimale Steuerungsstrategie kann mit einem instationären Kühlsystemrechenmodel bestimmt werden.

Fig. 9 bis 15 zeigen Ausführungsbeispiele eines Kühlmittelstromverteilers 20 in Form eines Klappenventils. Bei den Ausführungen nach Fig. 9 bis 13 ist eine Klappe 26 um eine mittlere Drehachse 27 schwenkbar so gelagert, dass sie in ihrer ersten Endstellung den Kühlmittelzulauf 13 annähernd oder ganz verschließt, während sie die Bypassleitung 21 freigibt. Eine Feder 28 belastet die Klappe 26 in Richtung der ersten Endlage (Fig. 9) . In einer zweiten Endlage (Fig. 10) gibt die Klappe 26 den Kühlerzulauf 13 weit gehend frei, während sie die Bypassleitung 21 verschließt. Dies wird dadurch bewirkt, dass der Kühlmittelstrom in Pfeilrichtung 37 mit zunehmendem Volumen die Klappe 26 stärker in Richtung der zweiten Endstellung belastet. Verringert sich der Kühlmittelstrom, verstellt die Feder 28 die Klappe 26 in Richtung der ersten Endlage zurück.

Die Steuercharakteristik der Klappe 26 kann außer durch die Charakteristik der Feder 28 durch weitere Wirkelemente beeinflusst werden, z.B. durch Magnete 29 in Form von einem Permanentmagneten und/oder Elektromagneten sowie durch Bimetallfedern 30 und Bimetallelemente 36. Die Magne- te 29, sind so angeordnet, dass sie die Klappe 26 bis zu einem Kühlmittelstrom, der dem Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine 2 entspricht, in der ersten Endlage halten, wobei der Elektromagnet durch eine Steuerelektronik oder durch Temperaturschalter ein-/ausgeschaltet werden kann.

Die Bimetallfeder 30 wirkt in Richtung der Feder 28. Ihr Einfluss auf die Klappe 26 nimmt mit zunehmender Temperatur ab, so dass die Klappe 26 mit zunehmender Temperatur des Kühlmittels den Kühlerzulauf 13 zunehmend freigibt. Um die Wirkung des Kühlmittelstroms auf die Klappe 26 in Abhängigkeit der Temperatur zu modifizieren, besitzt die Klappe 26 an ihren Rändern 35 Bimetallelemente 36, die sich entsprechend der Temperatur mehr oder weniger entgegen der Strömungsrichtung 37 des Kühlmittels aufbiegen und somit einen variablen, temperaturabhängigen Strömungswiderstand bilden. Einen ähnlichen Zweck verfolgt die Anordnung eines Flügels 31, der auf der Anströmseite der Klappe 26 angeordnet und entgegen der Strömungsrichtung 37 des Kühlmittels gerichtet ist und zweckmäßigerweise aus Bimetall besteht. Er bewirkt, dass der Kühlmittelstrom eine ausreichend große

Kraft auf die Klappe 26 ausübt, insbesondere wenn die Klappe 26 ihre zweite Endlage erreicht und fast der gesamte Kühlmittelstrom durch den Kühler 3 fließt. In diesem Zustand ist das Kühlmittel sehr warm, so dass sich auf Grund der Bimetalleigenschaft des Flügels 31 ein großer Winkel φ zwischen der Klappe 26 und dem Flügel 31 einstellt (Fig. 13) , wodurch die Wirkung des Kühlmittelstroms auf die Klappe 26 verstärkt wird.

Bei der Ausführung nach Fig. 14 und 15 ist eine Klappe 32 schwenkbar um eine Drehachse 27 angeordnet, die am Rande der Klappe 32 liegt. Die Klappe 32 steuert den Kühlerzulauf 13 und wird durch die Feder 28 in eine erste Endlage gebracht, in der der Kühlerzulauf 13 geschlossen ist. An die Klappe 32 ist mittels eines Lenkers 33 ein

Schieber 34 angelenkt, der in der ersten Endlage der Klappe 32 (Fig. 14) die Bypassleitung 21 freigibt.

Mit zunehmendem Kühlmittelstrom in Richtung des Pfeils 37 öffnet die Klappe 32 und zieht über den Lenker 33 den Schieber 34 bis in eine zweite Endlage, in der der Kühlerzulauf 13 geöffnet und die Bypassleitung 21 geschlossen ist (Fig. 15) . Auch in diesem Fall können auf die Klappe 32 zusätzlich zur Feder 28 die oben beschriebenen Wirke- lemente 29, 30, 36 vorgesehen werden. Der Kühlmittelstromverteiler 20 in Form eines Klappenventils ist sowohl für kreisförmige als auch für rechteckige Leitungsquerschnitte geeignet. Die Klappen 26 und 32 können quer zur Drehachse 27 geteilt sein. Durch die Unterteilung lässt sich eine gute Steuercharakteristik über einen großen Temperaturbereich erzielen. Dabei können an den Teilen der Klappen 26 und 32 unterschiedlich ausgebildete Wirkelemente 28, 30 und 36 vorgesehen werden.

Bezugszeichen

1 KühlSystem 28 Feder

2 Brennkraftmaschine 29 Magnet

3 Kühler 30 Bimetallfeder

4 Luftstrom 31 Flügel

5 Fahrzeugheizung 32 Klappe

6 Kühlmittelpumpe 33 Lenker

7 Steuerventil 34 Schieber

8 Steuerventil 35 Rand

9 Temperatursensor 36 Bimetallelement

10 Temperatursensor 37 Pfeil

11 Abzweigstelle

12 Heizleitung φ Winkel

13 Kühlerzulauf

14 Kühlerrücklauf

15 Getriebe

16 Getriebewärmetauscher

17 Getriebepumpe

18 Temperatursensor

19 Ölleitung

20 Kühlmittelstromverteiler

21 Bypassleitung

22 Retarder

23 Drucksteuerventil

24 Temperatursensor

25 Kühlmittelleitung

26 Klappe

27 Drehachse

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Kühlsystem (1) für Fahrzeuge mit einer Brennkraft- maschine (2) und einem Getriebe (15) , wobei das Kühlsystem (1) mindestens einen Lüfter, eine Kühlmittelpumpe (6), die in Abhängigkeit von einer an mindestens einer Stelle des Kühlsystems (1) gemessenen Temperatur geregelt wird, mindestens einen Wärmetauscher (3, 5, 16) , mindestens eine Kühlmittelsteuereinrichtung (7, 8, 20) und mehrere Kühlmittelkreisläufe aufweist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Drehzahl der Kühlmittelpumpe (6) mit der Leistung der Brennkraftmaschine (2) zunimmt und die Drehzahl des Lüfters der Drehzahl der Kühlmittelpumpe (6) folgt, indem der Lüfter erst bei einer unteren Grenzdrehzahl der Kühlmittelpumpe (6) startet und seine maximale Drehzahl erst erreicht, wenn die Kühlmittelpumpe (6) ihre maximale Drehzahl bereits eine Weile erreicht hat.

2. Kühlsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass vor einem als Kühler (3) ausgebildeten Wärmetauscher ein Steuerventil (7) angeordnet ist, das in Abhängigkeit vom Druck in einer vorgeschalteten Kühlmittelleitung (25) öffnet.

3. Kühlsystem (1) nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass in Strömungsrichtung vor oder hinter der Kühlmittelpumpe (6) und/oder der Brennkraftmaschine (2) ein Getriebewärmetauscher (16) angeordnet ist.

4. Kühlsystem (1) nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Getriebe (15) einen Retarder (22) aufweist und dass beim Betrieb des Retarder (22) die Kühlmittelpumpe (6) und/oder der Lüfter mit maximaler Drehzahl betrieben werden.

5. Kühlsystem (1) nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Getriebewärmetauscher (16) nach der Brennkraftmaschine (2) angeordnet ist und ein Teilkühlmittelstrom über ein Drucksteuerventil (23) an der Brennkraftmaschine (2) zum Getriebewärmetauscher (16) geleitet wird, sobald ein vorgegebener Druck des Kühlmittels vor der Brennkraftmaschine (2) überschritten wird.

6. Kühlsystem (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kühlmittelpumpe (6) und der Lüfter mit maximaler Drehzahl betrieben werden, wenn die Temperatur des Getriebeöls in einem Ölsumpf des Getriebes (15) oder am Ausgang des Getriebewärmetauschers (16) über einem vorgegebenen Grenzwert liegt.

7. Kühlsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass pa- rallel zum Kühler (3) und zur Brennkraftmaschine (2) eine Fahrzeugheizung (5) vorgesehen ist.

8. Kühlsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Bypassleitung (21) parallel zum Kühler (3) vorgesehen ist, ein Kühlmittelstromverteiler (20) an einer Abzweigstelle der Bypassleitung (21) in der Kühlmittelleitung (25) angeordnet ist und den Kühlerzulauf (13) mit zunehmendem Druck in der Kühlmittelleitung (25) vermehrt öffnet, während die Bypassleitung (21) entsprechend geschlossen wird.

9. Kühlsystem (1) nach Anspruch 8, dadurch g e - k e n n z e i c h n e t , dass der Kühlmittelstromverteiler (20) als Klappenventil ausgebildet ist, dessen Klappe (26, 32) durch eine Feder (28) so belastet ist, dass sie in einer ersten Endlage den Kühlerzulauf (13) unterhalb eines Grenzvolumenstroms ganz oder bis auf einen Mindestvo- lumenstrom schließt und der restliche Volumenstrom durch die Bypassleitung (21) strömt, während oberhalb des Grenzvolumenstroms die Klappe (26, 32) bis zu einer zweiten Endlage den Kühlerzulauf (13) mit steigendem Volumenstrom stetig weiter frei gibt.

10. Kühlsystem (1) nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Klappe (26, 32) durch einen Magneten (29) in der ersten Endlage gehalten wird, die den Kühlerzulauf (13) verschließt, und zwar solange wie der Volumenstrom einem Volumenstrom bei Leerlauf der Brennkraftmaschine (2) entspricht.

11. Kühlsystem (1) nach einem der Ansprüche 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Magnet (29) ein Elektromagnet ist, der von einer elektronischen Steuereinheit oder einem integrierten Thermoschalter angesteuert wird.

12. Kühlsystem (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass an der Klappe (26, 32) eine Bimetallfeder (30) vorgesehen ist, die bei geringen Temperaturen zusätzlich in Richtung der Feder (28) auf die Klappe (26, 32) wirkt.

13. Kühlsystem (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Klappe (26, 32) an ihren Rändern (35) Bimetallelemente (36) aufweist, die sich unter dem Einfluss der Kühlmitteltempe- ratur so biegen, dass der Kühlmittelstrom eine gewünschte Zusatzkraft in Öffnungs- oder Schließrichtung erzeugt.

14. Kühlsystem (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Klap- pe (26, 32) quer zu einer Drehachse (27) geteilt ist, wobei auf die Klappenteile unterschiedliche Wirkelemente (28, 29, 30) einwirken.

15. Kühlsystem (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Klappe (26) einen entgegen der Strömungsrichtung des Kühlmittels weisenden Flügel (31) besitzt, der mit der Klappe (26) einen Winkel (φ) einschließt.

16. Kühlsystem (1) nach Anspruch 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Flügel (31) aus Bimetall ist und sich der Winkel (φ) temperaturabhängig ändert.

17. Kühlsystem (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Klappe (32) nur den KühlerZulauf (13) steuert und über einen Lenker (33) mit einem Schieber (34) verbunden ist, der die Bypassleitung (21) steuert.