EP1992801A2 - Kraftfahrzeug mit linear geregeltem Motorgebläse - Google Patents

Kraftfahrzeug mit linear geregeltem Motorgebläse Download PDF

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EP1992801A2
EP1992801A2 EP08009057A EP08009057A EP1992801A2 EP 1992801 A2 EP1992801 A2 EP 1992801A2 EP 08009057 A EP08009057 A EP 08009057A EP 08009057 A EP08009057 A EP 08009057A EP 1992801 A2 EP1992801 A2 EP 1992801A2
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EP
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linear regulator
water
motor vehicle
engine
fan
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EP08009057A
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English (en)
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Günther Deltef
Willi Schmitt
Klaus Zametzky
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Sitronic & Co KG GmbH
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
Sitronic & Co KG GmbH
GM Global Technology Operations LLC
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/02—Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air
    • F01P7/04—Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air by varying pump speed, e.g. by changing pump-drive gear ratio
    • F01P7/048—Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air by varying pump speed, e.g. by changing pump-drive gear ratio using electrical drives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2025/00—Measuring
    • F01P2025/08—Temperature
    • F01P2025/34—Heat exchanger incoming fluid temperature

Definitions

  • the invention relates to a motor vehicle, in particular a passenger car, with an engine fan for cooling an internal combustion engine.
  • the voltage of the motor blower is controlled by a cooled linear regulator.
  • the internal combustion engine of a motor vehicle is cooled by a water circuit to which a motor fan belongs.
  • the engine fan is driven either electrically or mechanically while the engine is running. When stopping the engine, there is usually a lag of the then electrically operated engine fan with appropriate engine temperature.
  • the engine fan has an electric motor whose power is usually adjustable in stages.
  • the power control is done with parallel or serial switches or relays.
  • stepless control is also known with controllers based on pulse width modulation, the so-called PWM controllers.
  • the PWM regulators thus operate in the engine compartment with its often quite high temperatures.
  • the US 2003/0058617 A1 describes a linear controller for the speed control of the blower of an air conditioner in a car. Since the temperatures in the vehicle interior are generally much more moderate than in the engine compartment, it is sufficient for the US 2003/0058617 A1 that the linear regulator for its cooling in the Air flow of the air conditioning is placed, and here, for example, close to the rotor blades of the fan. Similar applications of the linear regulator for air conditioning systems also reveal the US 2005/02642253 as well as the EP 1475884 A2 ,
  • a motor vehicle with a water circuit for cooling its internal combustion engine is proposed.
  • the water cycle includes an electrically powered motor fan associated with a linear regulator, i. h., the voltage of the motor blower is controlled by the linear regulator.
  • the linear regulator is thermally coupled to the water cycle.
  • the proposed solution allows stepless regulation of the motor fan. Due to the stepless controllability results first a minimal noise with minimal load on the battery. Compared to a control with relays results in greater reliability through fewer electrical connections, fewer cables and by the presence of overheating protection fewer failures with less risk of fire. Also, the use of a linear regulator instead of relays leads to about 50% reduced weight at least 80% lower Space required at less than half the price. Furthermore, the installation costs are lower and a diagnosis in case of failure can be realized.
  • the linear regulator Compared to PWM controllers, the linear regulator has a much better electromagnetic compatibility, since the former are disadvantageously clocked at 20 kHz.
  • the PWM regulator therefore requires extensive measures to ensure electromagnetic compatibility, which makes the PWM regulator a component that today is about three times as expensive as a linear regulator.
  • the solution allows for the first time a stepless control of the engine fan in small and mid-range vehicles at acceptable prices, but in turn requires an intervention in the complex cooling system of the internal combustion engine by dissipating the power loss of the linear regulator to the water cycle.
  • the linear regulator is in thermal contact with a water conduit of the water cycle. This makes it possible to choose a position of the linear regulator close to the engine fan in the design of the vehicle in order to reduce the wiring overhead.
  • the water pipe has a recess into which the linear regulator or a cooling block assigned to the linear regulator is partially embedded.
  • the water pipe consists for example of die-cast aluminum, in the recess of the linear regulator or its cooling block is inserted and sealed accordingly.
  • the linear regulator is thermally coupled to the cooling liquid of the water cycle, which is more efficient than cooling via the medium air.
  • the linear regulator stands in thermal contact with a radiator associated with the water cycle and containing the cooling fluid.
  • the linear regulator can rest directly on the (water) cooler.
  • the linear regulator is arranged in the air flow of the engine blower. It is insofar made an air cooling, wherein the intervention in said water cooling circuit is minimal.
  • Another aspect of the invention relates to a water cooler, which is designed for releasable connection to a linear regulator, wherein the linear regulator is used to control the motor fan.
  • the water cooler can be prepared in that the linear regulator is inserted into the water cooler or attached via a clip connection with this.
  • An embodiment of the water cooler has a releasably connected to him linear regulator.
  • the linear regulator can be mounted on one of the side coolant tanks of the water cooler. Because of the lower temperatures of the coolant, the coolant outlet side end tank is preferably selected here.
  • Another aspect of the invention relates to a CRFM module having an engine fan and a water cooler as described above.
  • results from the made Function integration reduces space requirements for engine compartment components with greater freedom in developing a new vehicle.
  • FIG. 1 a motor vehicle 1 in plan view.
  • the motor vehicle 1 has an internal combustion engine 2, in front of which the water cooler 3 and the air conditioning condenser 4 are arranged.
  • a motor fan 5 is provided for the radiator after a shutdown of the motor vehicle 1.
  • Water cooler 3, air conditioning condenser 4 and engine fan 5 may be individual components for the separate cooling circuits, or be components of a CRFM module (English: condenser radiator fan module) 6, as indicated by the dashed line.
  • the CRFM module 6 cools the engine 2 in a known manner via the water pipe 7 with cooling liquid.
  • a linear regulator 8 is inserted in the water pipe 7, a linear regulator 8 is inserted.
  • the linear regulator 8 is connected via an electrical line 9 to the CRFM module 6 and regulates the fan or motor fan 5 continuously.
  • the fan noise during caster and the load on the battery (not shown) is reduced to a minimum. This succeeds despite the sometimes high temperatures in the engine compartment with the linear regulator 8, which can be sufficiently cooled by the coolant in the water cycle.
  • FIG. 2 shows a water cooler 3, an end tank 12, 13, a linear regulator 8 is screwed. Since the coolant inlet 13 in FIG. 2 right and the coolant outlet 14 is right, this is chosen because of the lower temperatures of the coolant outlet side end tank 12.
  • the water cooler has a well adapted to the dimensions of the linear regulator 8 depression (not shown), which receives the linear regulator partially.
  • the water cooler 3 may be part of the CRFM module 6 of FIG. 2 be.
  • FIG. 3 This has a recess 10, in which the cooling block 11 of the linear regulator 8 is inserted so that it is flowed around directly by the cooling liquid of the water cycle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug (1) mit einem Wasserkreislauf (5,6,7) zum Kühlen seines Verbrennungsmotors (2), wobei der Wasserkreislauf ein elektrisch betriebenes Motorgebläse (5) umfasst und dem Motorgebläse ein Linearregler (8) zugeordnet ist, der thermisch an den Wasserkreislauf angekoppelt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Pkw, mit einem Motorgebläse zum Kühlen eines Verbrennungsmotors. Die Spannung des Motorgebläses wird hierbei von einem gekühlten Linearregler geregelt.
  • Der Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs wird von einem Wasserkreislauf gekühlt, zu dem ein Motorgebläse gehört. Das Motorgebläse wird bei laufendem Motor entweder elektrisch oder mechanisch angetrieben. Beim Abstellen des Motors gibt es im Regelfall bei entsprechender Motortemperatur einen Nachlauf des dann elektrisch betriebenen Motorgebläses.
  • Das Motorgebläse besitzt einen Elektromotor, dessen Leistung meist stufenweise regelbar ist. In der Praxis erfolgt die Leistungsregelung mit parallelen oder seriellen Schaltern oder Relais. Bei Fahrzeugen der Oberklasse kennt man auch eine stufenlose Regelung mit Reglern auf Basis der Pulsweitenmodulation, den so genannten PWM-Reglern. Die PWM-Regler funktionieren demgemäß im Motorraum mit seinen häufig recht hohen Temperaturen.
  • Die US 2003/0058617 A1 beschreibt einen Linearregler für die Drehzahlregelung des Gebläses einer Klimaanlage in einem Pkw. Da die Temperaturen im Fahrzeuginnenraum im Allgemeinen deutlich moderater sind als im Motorraum, genügt es bei der US 2003/0058617 A1 , dass der Linearregler zu seiner Kühlung in den Luftstrom der Klimaanlage platziert wird, und hierbei zum Beispiel auch dicht an den Rotorblättern des Gebläses. Ähnliche Anwendungen des Linearreglers für Klimaanlagen offenbaren auch die US 2005/02642253 sowie die EP 1475884 A2 .
  • Es ist eine Aufgabe einer Ausführungsform der Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit einem stufenlos regelbaren Motorgebläse bereitzustellen, dessen Regelung eine gute elektromagnetische Verträglichkeit bei geringen Kosten bietet.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und weitere Ausführungsformen ergeben sich mit den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
  • In einer ersten Ausführungsform wird ein Kraftfahrzeug mit einem Wasserkreislauf zum Kühlen seines Verbrennungsmotors vorgeschlagen. Der Wasserkreislauf umfasst ein elektrisch betriebenes Motorgebläse, dem ein Linearregler zugeordnet ist, d. h., die Spannung des Motorgebläses wird vom Linearregler geregelt. Der Linearregler ist thermisch an den Wasserkreislauf angekoppelt.
  • Die vorgeschlagene Lösung ermöglicht dank des Linearreglers eine stufenlose Regelung des Motorgebläses. Durch die stufenlose Regelbarkeit ergibt sich zunächst eine minimale Geräuschentwicklung bei minimaler Belastung der Batterie. Gegenüber einer Regelung mit Relais ergibt sich eine größere Zuverlässigkeit durch weniger elektrische Verbindungen, weniger Kabeln und durch das Vorhandensein eines Überhitzungsschutzes weniger Ausfälle bei geringerer Brandgefahr. Auch führt der Einsatz eines Linearreglers anstelle von Relais zu einem etwa um 50 % reduzierten Gewicht bei einem mindestens 80 % geringeren Platzbedarf bei weniger als der Hälfte des Preises. Weiterhin fallen die Montagekosten geringer aus und ist eine Diagnose im Fehlerfall realisierbar.
  • Gegenüber PWM-Reglern hat der Linearregler eine deutlich bessere elektromagnetische Verträglichkeit, da Erstere nachteiligerweise mit 20 kHz getaktet sind. Der PWM-Regler erfordert daher umfangreiche Maßnahmen zur Gewährleistung der elektromagnetischen Verträglichkeit, die den PWM-Regler zu einer Komponente macht, die heutzutage ca. dreimal so teuer ist wie ein Linearregler. Die Lösung erlaubt erstmals eine stufenlose Regelung des Motorgebläses bei Klein- und Mittelklassefahrzeugen zu akzeptablen Preisen, erfordert jedoch im Gegenzug einen Eingriff in das komplexe Kühlsystem des Verbrennungsmotors durch Abführen der Verlustleistung des Linearreglers an den Wasserkreislauf.
  • In einer zweiten Ausführungsform steht der Linearregler in thermischen Kontakt mit einer Wasserleitung des Wasserkreislaufs. Dies ermöglicht es, beim Design des Fahrzeugs eine Position des Linearreglers dicht am Motorgebläse zu wählen, um darüber den Verkabelungsaufwand zu verringern.
  • In einer dritten Ausführungsform hat die Wasserleitung eine Ausnehmung, in die der Linearregler oder ein dem Linearregler zugeordneter Kühlblock teilweise eingelassen ist. Die Wasserleitung besteht beispielsweise aus Aluminiumdruckguss, in dessen Ausnehmung der Linearregler oder sein Kühlblock eingelassen und entsprechend abgedichtet wird. Damit wird der Linearregler thermisch an die Kühlflüssigkeit des Wasserkreislaufs angekoppelt, was effizienter ist als eine Kühlung über das Medium Luft.
  • In einer weiteren Ausführungsform steht der Linearregler in thermischen Kontakt mit einem Kühler, der dem Wasserkreislauf zugeordnet ist und der Kühlflüssigkeit beinhaltet. Der Linearregler kann hierfür direkt auf dem (Wasser-) Kühler aufliegen.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der Linearregler im Luftstrom des Motorgebläses angeordnet. Es wird insofern eine Luftkühlung vorgenommen, wobei der Eingriff in den genannten Wasserkühlkreislauf minimal ist.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Wasserkühler, der zur lösbaren Verbindung mit einem Linearregler ausgebildet ist, wobei der Linearregler der Regelung des Motorgebläses dient. Der Wasserkühler kann insofern vorbereitet sein, dass der Linearregler in den Wasserkühler eingelassen oder über eine Clip-Verbindung mit diesem befestigt wird. Hierdurch wird die Montage der Komponenten im Motorraum einfacher, wird Montagezeit eingespart, lassen sich die Komponenten kompakter anordnen und ergibt sich dadurch eine größere Freiheit bei der Entwicklung eines neuen Fahrzeugs.
  • Eine Ausführungsform des Wasserkühlers weist einen lösbar mit ihm verbundenen Linearregler auf. Bei dieser Einheit Wasserkühler/Linearregler ist das Maß an Vormontage noch größer und die dadurch erzielte Preisersparnis ebenfalls. Der Linearregler kann auf einen der seitlichen Kühlmittelendtanks des Wasserkühlers montiert werden. Wegen der niedrigeren Temperaturen des Kühlmittels wird hierbei bevorzugt der kühlmittelaustrittsseitige Endtank gewählt.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein CRFM-Modul mit einem Motorgebläse und einem Wasserkühler wie oben beschrieben. Auch hier ergibt sich durch die vorgenommene Funktionsintegration ein geringerer Platzbedarf für die Komponenten im Motorraum mit einer größeren Freiheit bei der Entwicklung eines neuen Fahrzeugs.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der beanspruchten Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erkennbar, die nachfolgend als nicht beschränkende Beispiele angegeben sind. Hierbei soll die Benutzung von Bezugszeichen in den Figuren nicht dahingehend verstanden werden, dass die Bezugszeichen den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung einschränken sollen. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein Kraftfahrzeug in der Draufsicht;
    Fig. 2
    einen Wasserkühler in der Seitenansicht,
    Fig. 3
    eine Wasserleitung für den Wasserkreislauf mit eingelassenem Linearregler.
  • Bei den Figuren, die allgemein mit gleichen Bezugszeichen gleiche Gegenstände bezeichnen, zeigt Figur 1 ein Kraftfahrzeug 1 in der Draufsicht. Das Kraftfahrzeug 1 besitzt einen Verbrennungsmotor 2, vor dem der Wasserkühler 3 und der Klimakondensator 4 angeordnet sind. Für den Kühlernachlauf nach einem Abstellen des Kraftfahrzeugs 1 ist ein Motorgebläse 5 vorgesehen.
  • Wasserkühler 3, Klimakondensator 4 und Motorgebläse 5 können einzelne Komponenten für die separaten Kühlkreisläufe sein, oder aber Bestandteile eines CRFM-Moduls (englisch: condenser radiator fan module) 6 sein, wie es die gestrichelte Linie andeutet. Das CRFM-Modul 6 kühlt den Verbrennungsmotor 2 auf bekannte Weise über die Wasserleitung 7 mit Kühlflüssigkeit.
  • In die Wasserleitung 7 ist ein Linearregler 8 eingelassen. Der Linearregler 8 ist über eine elektrische Leitung 9 mit dem CRFM-Modul 6 verbunden und regelt dessen Lüfter bzw. Motorgebläse 5 stufenlos. Hierdurch wird mit geringen Kosten und EMV-verträglich das Lüftergeräusch beim Nachlauf und auch die Belastung der Batterie (nicht gezeigt) auf ein Minimum reduziert. Dies gelingt trotz der mitunter hohen Temperaturen im Motorraum mit dem Linearregler 8, der von der Kühlflüssigkeit im Wasserkreislauf ausreichend gekühlt werden kann.
  • Figur 2 zeigt einen Wasserkühler 3, auf einen Endtank 12, 13 ein Linearregler 8 festgeschraubt ist. Da der Kühlmitteleintritt 13 in Figur 2 rechts und der Kühlmittelauslass 14 rechts ist, wird hierzu wegen der niedrigeren Temperaturen der kühlmittelaustrittsseitige Endtank 12 gewählt. Der Wasserkühler besitzt eine auf die Abmessungen des Linearreglers 8 abgestimmte Vertiefung (nicht gezeigt), die den Linearregler teilweise aufnimmt. Der Wasserkühler 3 kann Teil des CRFM-Moduls 6 der Figur 2 sein.
  • Figur 3 zeigt die Wasserleitung 7 für den Wasserkreislauf für den Verbrennungsmotor 2. Diese besitzt eine Ausnehmung 10, in die der Kühlblock 11 des Linearreglers 8 eingelassen ist, damit er direkt von Kühlflüssigkeit des Wasserkreislaufs umströmt wird.
  • Obwohl vorstehend eine konkrete Ausführungsform beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass die Beschreibung dieser Ausführungsform nicht zum Zweck hat, die Erfindung in der angegebenen Form zu beschränken. Die Erfindung soll vielmehr alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen umfassen, die in den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung fallen.
    • B e z u g s z e i c h e n l i s t e
    • 01
    Kraftfahrzeug
    02
    Verbrennungsmotor
    03
    Wasserkühler
    04
    Klimakondensator
    05
    Motorgebläse
    06
    CRFM-Modul
    07
    Wasserleitung
    08
    Linearregler
    09
    Leitung
    10
    Ausnehmung
    11
    Kühlblock
    12
    Endtank
    13
    Kühlmitteleinlass
    14
    Kühlmittelauslass

Claims (8)

  1. Kraftfahrzeug (1) mit einem Wasserkreislauf (5, 6, 7) zum Kühlen seines Verbrennungsmotors (2), wobei der Wasserkreislauf ein elektrisch betriebenes Motorgebläse (5) umfasst und dem Motorgebläse ein Linearregler (8) zugeordnet ist, der thermisch an den Wasserkreislauf angekoppelt ist.
  2. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Linearregler in thermischen Kontakt mit einer Wasserleitung (7) des Wasserkreislaufs steht.
  3. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Wasserleitung eine Ausnehmung (10) hat, in die der Linearregler oder ein dem Linearregler zugeordneter Kühlblock (11) teilweise eingelassen ist.
  4. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Linearregler in thermischen Kontakt mit einem Wasserkühler (3) steht, der dem Wasserkreislauf zugeordnet ist.
  5. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Linearregler im Luftstrom des Motorgebläses (5) angeordnet ist.
  6. Wasserkühler (3) für einen Wasserkreislauf eines Kraftfahrzeugs, ausgebildet zur lösbaren Verbindung mit einem Linearregler (8) zur Regelung eines Motorgebläses (5).
  7. Wasserkühler nach Anspruch 6, aufweisend einen lösbar mit ihm verbundenen Linearregler.
  8. CRFM-Modul (6), umfassend ein Motorgebläse (5) und einen Wasserkühler nach Anspruch 6 oder 7.
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