EP2218887B1 - Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug Download PDF

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EP2218887B1
EP2218887B1 EP20100151420 EP10151420A EP2218887B1 EP 2218887 B1 EP2218887 B1 EP 2218887B1 EP 20100151420 EP20100151420 EP 20100151420 EP 10151420 A EP10151420 A EP 10151420A EP 2218887 B1 EP2218887 B1 EP 2218887B1
Authority
EP
European Patent Office
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valve
cooling
cooling system
valve device
pump
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP20100151420
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English (en)
French (fr)
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EP2218887A2 (de
EP2218887A3 (de
Inventor
Michael Baumann
Günther Beez
Holger Conrad
Oliver Gebhardt
Rüdiger Knauß
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.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
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Publication date
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Publication of EP2218887A3 publication Critical patent/EP2218887A3/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F01P7/161—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control by bypassing pumps
    • 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
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P2007/146—Controlling of coolant flow the coolant being liquid using valves

Definitions

  • the present invention relates to a cooling system in a motor vehicle with a cooling circuit in which at least one internal combustion engine, a pump and a cooling device are arranged.
  • the present invention addresses the problem of providing a cooling system in a motor vehicle, which has a significantly lower energy consumption compared to previously known cooling systems.
  • the present invention is based on the general idea, in a cooling system with a cooling circuit in which at least one consumer to be cooled, for example an internal combustion engine, a pump and a cooling device are arranged, a pressure side and a suction side of the pump via a short-circuit line, that is to connect via a bypass line, which is opened in the event of unnecessary cooling and thereby no longer conducts an at least predominant part of a coolant flow through the internal combustion engine and the entire cooling circuit, but diverts it into a much less resistant short circuit ( DE 102 44 829 A1 and DE 101 55 337 A1 ).
  • valve device For deflecting or splitting the coolant flow to the internal combustion engine or to the short circuit line bypassing the pump while a valve device is used, which requires significantly reduced actuating forces due to the now existing short-circuit and thus both smaller and more economical in terms of energy consumption can be formed.
  • the valve device according to the invention is arranged in the region of the short-circuit line, for example in the region of a branch of the short-circuit line from the cooling circuit or in the region of a junction of the short-circuit line in the cooling circuit.
  • valve device is adjustable between at least two positions, wherein in the first position, at least a majority of the coolant flow through the short-circuit line and in the second position flows at least a majority of the coolant flow through the engine and not through the short-circuit line.
  • first position at least a majority of the coolant flow through the short-circuit line
  • second position flows at least a majority of the coolant flow through the engine and not through the short-circuit line.
  • any intermediate positions which allow any division of the coolant flow between the actual cooling circuit and the short circuit. If, for example, no cooling effect is required in the internal combustion engine or another consumer to be cooled, the valve device can be transferred to its first position and thereby the cooling medium can be pumped through the short circuit relatively comparatively little resistance.
  • valve device With the valve device according to the invention and arranged in the region of the short-circuit line, it is thus possible to control the cooling requirement in the internal combustion engine and thus also the power of the coolant pump relatively flexibly. If the internal combustion engine does not require cooling power, then the valve device is simply adjusted to its first position, so that at least a predominant part of the Coolant flow through the short-circuit line and no longer flows through the engine or the cooling device.
  • the valve device is designed as a proportional valve.
  • a proportional valve Compared to a valve device which can be switched back and forth only between two positions, such a proportional valve has the great advantage that it can be switched to any desired intermediate position, whereby an almost freely selectable division of the coolant flow flowing through the internal combustion engine and the short-circuit line is possible.
  • An activation of the valve device according to the invention can be carried out, for example, by means of an already existing engine control device, which also detects a temperature of the cooling medium in addition to the respectively occurring operating state of the internal combustion engine, for example full load or partial load.
  • a cooling system 1 which can be arranged, for example, in a motor vehicle, has a cooling circuit in which at least one internal combustion engine 2, a pump 3 and a cooling device 4 are arranged.
  • a short-circuit line 5 bypassing the pump 3 is now provided which connects a pressure side of the pump 3 to a suction side thereof.
  • a valve device 6 is provided which is adjustable at least between two positions.
  • the valve device 6 can be used as a so-called multi-way valve, in particular as 3-2-way valve, be trained and in the first position, as these according to the Fig. 1 and 4 is shown, at least a majority of the coolant flow, preferably the entire coolant flow through the short-circuit line 5, while in the second position, as shown in the FIGS. 2 and 3 is shown, at least a majority of the coolant flow, preferably the entire coolant flow through the internal combustion engine 2 and not through the short-circuit line 5 passes.
  • the respective coolant flow is represented by corresponding flow arrows.
  • a bypass line 7 bypassing the cooling device 4 may preferably be provided in the cooling system 1 according to the invention, it being conceivable that the short-circuit line 5, as shown in FIG Fig. 1 is shown, also opens into the bypass line 7.
  • the valve device 6 according to the invention in particular in the case in which the internal combustion engine 2 requires no or only a smaller cooling, a switching of the same possible, whereby the coolant flow exclusively or at least partially by the much lower-resistance short circuit, as shown in the Fig. 1 is pumped, so that in this case, the pump 3 can be operated at a much lower power.
  • the according to the Fig. 1 shown state is, for example.
  • the valve device 6 requires significantly reduced actuating forces and can thus be both smaller and more economical in terms of energy consumption. Without the presence of the short-circuit line 5 significantly larger actuating forces for adjusting the valve device 6 would be required, which means a higher energy consumption.
  • valve device 6 itself would have to be made larger and thus heavier, which also means an increased energy requirement.
  • valve device 6 is arranged downstream of the pump 3 in the cooling circuit, while these according to the Fig. 2 is arranged upstream of the same in the cooling circuit.
  • the valve device 6 may, for example, be designed as a throttle device and / or pneumatically, electrically or hydraulically controlled.
  • an engine control unit 8 can be used in particular to control this, which detects, for example, an operating state of the internal combustion engine 2, in particular a partial load or full load operation, and / or a temperature of the cooling medium.
  • Fig. 1 can also be used in the cooling systems 1 according to the FIGS. 2 and 3 to be available.
  • a thermostat 9 may be provided in the junction region of the bypass line 7 in the cooling circuit.
  • the valve device 6 is designed as a poppet valve or as an annular slide valve, wherein due to a so-called “fail-save” -Pinzips the valve device 6 is always designed so that they in unconfirmed, that is in Vietnamese anêtem state, in their second position remains, thereby ensuring sufficient cooling of the engine 2 in any case.
  • the valve device 6 according to the invention is designed as a proportional valve, whereby any division of the coolant flow through the engine 2 and the short-circuit line 5 can be effected.
  • valve device 6 is arranged in the junction region of the short-circuit line 5 in the bypass line 7, wherein also in this case at a transfer of the valve device 6 in its first position an at least predominant part of the coolant flow through the short-circuit line 5 flows, since these compared to the leading through the engine 2 and the cooling device 4 cooling circuit has a significantly lower flow resistance.
  • bypass line 7 is purely optional, so that these - as in Fig. 5 is shown - can also be omitted.
  • the valve device 6 makes it possible to regulate a volume flow in the cooling circuit through the internal combustion engine 2 with the possibility of reducing this volume flow to zero, if necessary. If the valve device 6 is actuated, the pump 3 conveys the cooling medium in the low-resistance short circuit and not by other consumers to be cooled, such as the internal combustion engine 2. If, however, a low cooling capacity in the engine 2 is required, the thermostat 9 or a so coupled valve device 10 prevent a flow of coolant through the cooling device 4 and this pass through the bypass line 7 (see. Fig. 3 ).
  • the valve device 10 coupled to the thermostat 9 can be switched such that the coolant flow is no longer through the bypass line 7, but rather flows through the cooling device 4 (see. Fig. 2 ).
  • the valve device 10 coupled to the thermostat 9 can be designed in the same way as the valve device 6.
  • any intermediate cooling stages can furthermore be set.
  • a small actuating force is at least the valve device 6 possible.
  • An intervention in the main coolant flow of the internal combustion engine 2 is also not required.
  • Fig. 6 is a possible prototype of the valve device 6 shown with a solenoid 11 which moves a valve stem 12 by generating a spatially constant magnetic field as possible.
  • the valve device shown has two inlets 13, 13 'and an outlet 14, whereby any mixing of the input streams into a common output stream is possible.
  • the valve device 6 not according to the invention has two valve disks 15, 15 'arranged on the valve tappet 12, the valve disk 15 preferably being formed integrally with the valve tappet 12.
  • the valve disk 15 ' is made in the example shown as a separate component and secured by means of a securing element 16 on the valve stem 12 in the axial direction 17.
  • valve device 6 Between the valve plate 15 'and a valve seat ring 18, a spring 19 is provided which biases the valve disk 15 against the valve seat ring 18 and thus in its closed position.
  • a spring 19 is provided which biases the valve disk 15 against the valve seat ring 18 and thus in its closed position.
  • a combined valve plate 15 "and two springs 19 'and 19" are provided.
  • the spring 19 ' is designed as a safety spring, while an overpressure function can be ensured by means of the spring 19.
  • the combined valve disk 15 has two valve disks 20 and 20' which, depending on the switching position, fit snugly against associated valve seats 21 and 21 '.
  • the 10a and 10b show the two extremal switching positions of the valve device 6, wherein in Fig. 10a the bypass line 7 closed and in Fig. 10b the bypass line 7 is open, such as during a cold start.
  • the individual parts of the valve device 6, in particular the valve plate 15, 15 can be made of metal or plastic.

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  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem in einem Kraftfahrzeug mit einem Kühlkreislauf, in welchem zumindest ein Verbrennungsmotor, eine Pumpe und eine Kühleinrichtung angeordnet sind.
  • Aufgrund stetig steigender Energiepreise und zunehmend schärfer werdender Emissionswerte, versuchen Fahrzeughersteller zunehmend den Energieverbrauch ihrer Kraftfahrzeuge zu reduzieren, insbesondere denjenigen Energieverbrauch, der nicht direkt dem Antrieb des Kraftfahrzeugs dient. Hierzu zählen insbesondere ein Energieverbrauch im Leerlauf sowie der Energieverbrauch von diversen elektrischen Verbrauchern innerhalb des Kraftfahrzeugs.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, ein Kühlsystem in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, welches im Vergleich zu bisher bekannten Kühlsystemen einen deutlich geringeren Energiebedarf aufweist.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Kühlsystem mit einem Kühlkreislauf, in welchem zumindest ein zu kühlender Verbraucher, bspw. ein Verbrennungsmotor, eine Pumpe und eine Kühleinrichtung angeordnet sind, eine Druckseite und eine Saugseite der Pumpe über eine Kurzschlussleitung, dass heißt über eine Bypassleitung zu verbinden, welche im Falle einer nicht erforderlichen Kühlung geöffnet wird und dadurch einen zumindest überwiegenden Teil eines Kühlmittelstroms nicht mehr durch den Verbrennungsmotor und den gesamten Kühlkreislauf leitet, sondern in einen deutlich widerstandsärmeren Kurzschlusskreislauf umlenkt ( DE 102 44 829 A1 und DE 101 55 337 A1 ). Zur Umlenkung bzw. zur Aufteilung des Kühlmittelstroms auf den Verbrennungsmotor bzw. auf die die Pumpe umgehende Kurzschlussleitung wird dabei eine Ventileinrichtung verwendet, die aufgrund der nun vorhandenen Kurzschlussleitung deutlich reduzierte Stellkräfte benötigt und dadurch sowohl kleiner als auch sparsamer hinsichtlich eines Energieverbrauchs ausgebildet werden kann. Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung ist dabei im Bereich der Kurzschlussleitung angeordnet, bspw. im Bereich einer Abzweigung der Kurzschlussleitung aus dem Kühlkreislauf bzw. im Bereich einer Einmündung der Kurzschlussleitung in den Kühlkreislauf. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Ventileinrichtung zwischen zumindest zwei Stellungen verstellbar, wobei in der ersten Stellung zumindest ein Großteil des Kühlmittelstroms durch die Kurzschlussleitung und in der zweiten Stellung zumindest ein Großteil des Kühlmittelstroms durch den Verbrennungsmotor und nicht durch die Kurzschlussleitung strömt. Denkbar sind hierbei selbstverständlich auch beliebige Zwischenstellungen, welche eine beliebige Aufteilung des Kühlmittelstroms zwischen dem eigentlichen Kühlkreislauf und dem Kurzschlusskreislauf ermöglichen. Wird bspw. keine Kühlwirkung im Verbrennungsmotor oder einem anderen zu kühlenden Verbraucher benötigt, so kann die Ventileinrichtung in ihre erste Stellung überführt werden und dadurch das Kühlmedium vergleichsweise widerstandsarm durch den Kurzschlusskreislauf gepumpt werden. Mit der erfindungsgemäßen und im Bereich der Kurzschlussleitung angeordneten Ventileinrichtung, ist es somit möglich, relativ flexibel den Kühlbedarf im Verbrennungsmotor und damit auch die Leistung der Kühlmittelpumpe zu steuern. Benötigt der Verbrennungsmotor keine Kühlleistung, so wird die Ventileinrichtung einfach in ihre erste Stellung verstellt, so dass zumindest ein überwiegender Teil des Kühlmittelstroms durch die Kurzschlussleitung und nicht mehr durch den Verbrennungsmotor bzw. die Kühleinrichtung strömt.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist die Ventileinrichtung als Proportionalventil ausgebildet. Im Vergleich zu einer lediglich zwischen zwei Stellungen hin- und herschaltbaren Ventileinrichtung, weist ein derartiges Proportionalventil den großen Vorteil auf, dass es in beliebige Zwischenstellungen schaltbar ist, wodurch eine nahezu frei wählbare Aufteilung des durch den Verbrennungsmotor und die Kurzschlussleitung strömenden Kühlmittelstroms möglich ist. Hierdurch lässt sich eine besonders exakte Steuerung ermöglichen, welche insbesondere die für ein lediglich zwischen zwei Schaltstellungen hin- und herschaltbares Ventil typischen Druckspitzen beim Umschalten zwischen den zwei Schaltstellungen verhindert. Eine Ansteuerung der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung kann bspw. mittels eines ohnehin vorhandenen Motorsteuergeräts erfolgen, welches neben dem jeweils auftretenden Betriebszustand des Verbrennungsmotors, beispielsweise Volllast oder Teillast auch eine Temperatur des Kühlmediums erfasst.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
    • Dabei zeigen, jeweils schematisch:
    • Fig. 1 bis 5
    unterschiedliche Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Kühlsystems,
    Fig. 6
    eine mögliche Ausführungsform einer Ventileinrichtung,
    Fig. 7
    ein nicht erfindungsgemäßer Aufbau eines Ventils in der Ventileinrichtung,
    Fig. 8
    ein Manschettenventil für die Ventileinrichtung,
    Fig. 9
    eine Detaildarstellung des Manschettenventils nach Fig. 8,
    Fig. 10a,b
    das Manschettenventil in zwei unterschiedlichen Schaltstellungen.
  • Entsprechend den Fig. 1 bis 5, weist ein erfindungsgemäßes Kühlsystem 1, welches bspw. in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann, einen Kühlkreislauf auf, in welchem zumindest ein Verbrennungsmotor 2, eine Pumpe 3 und eine Kühleinrichtung 4 angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist nun eine die Pumpe 3 umgehende Kurzschlussleitung 5 vorgesehen, die eine Druckseite der Pumpe 3 mit einer Saugseite derselben verbindet. Darüber hinaus ist im Bereich der Kurzschlussleitung 5, dass heißt genauer im Bereich der Abzweigung derselben aus dem Kühlkreislauf bzw. im Bereich der Einmündung derselben in den Kühlkreislauf oder in eine Bypassleitung, eine Ventileinrichtung 6 vorgesehen, welche zumindest zwischen zwei Stellungen verstellbar ist. Die Ventileinrichtung 6 kann dabei als so genanntes Mehrwegeventil, insbesondere als 3-2-Wegeventil, ausgebildet sein und in der ersten Stellung, wie diese gemäß den Fig. 1 und 4 gezeigt ist, zumindest einen überwiegenden Teil des Kühlmittelstroms, vorzugsweise den gesamten Kühlmittelstrom durch die Kurzschlussleitung 5 leiten, während sie in der zweiten Stellung, wie dies gemäß den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, zumindest einen überwiegenden Teil des Kühlmittelstroms, vorzugsweise den gesamten Kühlmittelstrom durch den Verbrennungsmotor 2 und nicht durch die Kurzschlussleitung 5 leitet. Gemäß den Fig. 1 bis 5 ist der jeweilige Kühlmittelstrom durch entsprechende Strömungspfeile dargestellt.
  • Generell kann in dem erfindungsgemäßen Kühlsystem 1 vorzugsweise eine die Kühleinrichtung 4 umgehende Bypassleitung 7 vorgesehen sein, wobei denkbar ist, dass die Kurzschlussleitung 5, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, auch in die Bypassleitung 7 mündet. Mit der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung 6 ist insbesondere für den Fall, bei welchem der Verbrennungsmotor 2 keine oder lediglich eine geringere Kühlung benötigt, ein Umschalten derselben möglich, wodurch der Kühlmittelstrom ausschließlich oder zumindest teilweise durch den deutlich widerstandärmeren Kurzschlusskreislauf, wie dies gemäß der Fig. 1 gezeigt ist, gepumpt werden muss, so dass in diesem Fall die Pumpe 3 mit einer deutlich geringeren Leistung betrieben werden kann. Der gemäß der Fig. 1 dargestellte Zustand ist bspw. bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 2 denkbar, bei welchem dieser nicht gekühlt werden muss und soll, da eine Kühlung desselben weder für den Fahrkomfort noch für eine Schadstoffemission von Vorteil wären. Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Kurzschlussleitung 5 benötigt die Ventileinrichtung 6 deutlich reduzierte Stellkräfte und kann dadurch sowohl kleiner als auch sparsamer hinsichtlich eines Energieverbrauchs ausgebildet werden. Ohne das Vorhandensein der Kurzschlussleitung 5 wären deutlich größere Stellkräfte zum Verstellen der Ventileinrichtung 6 erforderlich, was einen höheren Energiebedarf bedeutet.
  • Zugleich müsste auch die Ventileinrichtung 6 selbst größer und damit schwerer ausgelegt werden, was ebenfalls einen erhöhten Energiebedarf bedeutet.
  • Gemäß den Fig. 1 und 3-5 ist die erfindungsgemäße Ventileinrichtung 6 stromab der Pumpe 3 im Kühlkreislauf angeordnet, während diese gemäß der Fig. 2 stromauf derselben im Kühlkreislauf angeordnet ist. Die Ventileinrichtung 6 kann bspw. als Drosseleinrichtung ausgebildet sein und/oder pneumatisch, elektrisch oder hydraulisch angesteuert werden. Zur Ansteuerung kann hierbei insbesondere ein Motorsteuergerät 8 verwendet werden, welches bspw. einen Betriebszustand des Verbrennungsmotors 2, insbesondere einen Teillast- oder Volllastbetrieb, und/oder eine Temperatur des Kühlmediums erfasst. Dieses ist der Übersicht halber lediglich in Fig. 1 dargestellt, kann gleichfalls jedoch auch bei den Kühlsystemen 1 gemäß den Fig. 2 und 3 vorhanden sein. Hierzu kann bspw. im Einmündungsbereich der Bypassleitung 7 in den Kühlkreislauf ein Thermostat 9 vorgesehen sein. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass die Ventileinrichtung 6 als Tellerventil oder als Ringschieberventil ausgebildet ist, wobei aufgrund eines so genannten "Fail Save"-Pinzips die Ventileinrichtung 6 stets so ausgebildet ist, dass sie in unbetätigtem, dass heißt in nicht angesteuertem Zustand, in ihrer zweiten Stellung verbleibt und dadurch auf jeden Fall eine ausreichende Kühlung des Verbrennungsmotors 2 gewährleistet. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass die erfindungsgemäße Ventileinrichtung 6 als Proportionalventil ausgebildet ist, wodurch eine beliebige Aufteilung des Kühlmittelstroms durch den Verbrennungsmotor 2 und die Kurzschlussleitung 5 bewirkt werden kann.
  • Gemäß der Fig. 4 ist die Ventileinrichtung 6 im Einmündungsbereich der Kurzschlussleitung 5 in die Bypassleitung 7 angeordnet, wobei auch in diesem Fall bei einem Überführen der Ventileinrichtung 6 in deren erste Stellung ein zumindest überwiegender Teil des Kühlmittelstroms durch die Kurzschlussleitung 5 strömt, da diese im Vergleich zu dem durch den Verbrennungsmotor 2 und die Kühleinrichtung 4 führenden Kühlkreislauf einen deutlich geringeren Strömungswiderstand aufweist. Selbstverständlich ist die Bypassleitung 7 rein optional, so dass diese - wie in Fig. 5 gezeigt ist - auch entfallen kann.
  • Generell ermöglicht die erfindungsgemäße Ventileinrichtung 6 die Regelung eines Volumenstroms im Kühlkreislauf durch den Verbrennungsmotor 2 mit der Möglichkeit, diesen Volumenstrom - falls erforderlich - auf Null zu reduzieren. Wird die Ventileinrichtung 6 betätigt, so fördert die Pumpe 3 das Kühlmedium im widerstandsarmen Kurzschlusskreislauf und nicht durch weitere zu kühlende Verbraucher, wie bspw. den Verbrennungsmotor 2. Wird dagegen eine geringe Kühlleistung im Verbrennungsmotor 2 benötigt, so kann der Thermostat 9 bzw. eine damit gekoppelte Ventileinrichtung 10 einen Kühlmittelstrom durch die Kühleinrichtung 4 unterbinden und diesen durch die Bypassleitung 7 leiten (vgl. Fig. 3). Wird dagegen die Kühlwirkung der Kühleinrichtung 4 benötigt, was bspw. durch eine entsprechend erhöhte Kühlmitteltemperatur am Thermostat 9 ermittelt werden kann, so kann die mit dem Thermostat 9 gekoppelte Ventileinrichtung 10 so umgeschaltet werden, dass der Kühlmittelstrom nicht mehr durch die Bypassleitung 7, sondern vielmehr durch die Kühleinrichtung 4 strömt (vgl. Fig. 2). Die mit dem Thermostat 9 gekoppelte Ventileinrichtung 10 kann dabei in gleicher Weise ausgeführt sein, wie die Ventileinrichtung 6.
  • Generell können mit den beiden Ventileinrichtungen 6 und 10 zumindest drei unterschiedliche Kühlstufen, nämlich keine Kühlung (Fig. 1), geringe Kühlung (Fig. 3) und höhere Kühlung (Fig. 2) eingestellt werden. Durch die Ausbildung der Ventileinrichtungen 6 bzw. 10 als Proportionalventile können darüber hinaus beliebige Zwischenkühlstufen eingestellt werden. Durch die jeweilige Verbindung der Kurzschlussleitung 5 von der Druckseite zur Saugseite der Pumpe 3 ist darüber hinaus eine geringe Betätigungskraft zumindest der Ventileinrichtung 6 möglich. Ein Eingriff in den Hauptkühlmittelstrom des Verbrennungsmotors 2 ist ebenfalls nicht erforderlich. Zusätzlich besteht hier auch die Möglichkeit der Druckbegrenzung des Kühlmittelkreislaufs innerhalb der Ventileinrichtung 6.
  • Das erfindungsgemäße Kühlsystem 1 bietet prinzipiell folgende Vorteile:
    • Unterbindung einer Kavitationsgefahr in der Pumpe 3 beim Eingriff in den Kühlmittelstrom,
    • geringe Schaltkraft zumindest der Ventileinrichtung 6,
    • schnelles Ansprechen,
    • integrierte parallel liegende Überdruckfunktion,
    • "Fail Safe"-Funktion
    • Einbindung in einen Kühlkreislauf an beliebiger Stelle,
    • geringer Energiebedarf,
    • schnelle Motorerwärmung durch ein entsprechendes Schalten der Ventileinrichtung 6 in deren zweite Stellung.
  • Gemäß der Fig. 6 ist ein möglicher Prototyp der Ventileinrichtung 6 dargestellt mit einem Solenoid 11, der durch Erzeugen eines räumlich möglichst konstanten Magnetfeldes einen Ventilstößel 12 bewegt. Die dargestellte Ventileinrichtung weist zwei Einlässe 13,13' und einen Auslass 14 auf, wodurch ein beliebiges Mischen der Eingangsströme zu einem gemeinsamen Ausgangsstrom möglich ist.
  • Gemäß der Fig. 7 weist dabei die nicht erfindungsgemäße Ventileinrichtung 6 zwei an dem Ventilstößel 12 angeordnete Ventilteller 15, 15' auf, wobei der Ventilteller 15 vorzugsweise einteilig mit dem Ventilstößel 12 ausgebildet ist. Der Ventilteller 15' ist in dem gezeigten Beispiel als separates Bauteil hergestellt und mittels eines Sicherungselementes 16 am Ventilstößel 12 in Axialrichtung 17 gesichert.
  • Zwischen dem Ventilteller 15' und einem Ventilsitzring 18 ist eine Feder 19 vorgesehen, die den Ventilteller 15 gegen den Ventilsitzring 18 und damit in seine Schließstellung vorspannt. Eine derartige Ausbildung der Ventileinrichtung 6 ist insbesondere für Durchflussraten von < 120 l/min geeignet, wobei aufgrund der guten Dichtwirkung nur sehr geringe Leckageströme zu befürchten sind.
  • Gemäß den Fig. 8 und 9 ist die erfindungsgemäße Ausführungsform des Innenlebens der Ventileinrichtung 6 gezeigt. Dabei sind ein kombinierter Ventilteller 15" und zwei Federn 19' und 19" vorgesehen. Die Feder 19' ist dabei als Sicherheitsfeder ausgebildet, während mit der Feder 19" eine Überdruckfunktion gewährleistet werden kann. Der kombinierte Ventilteller 15" weist zwei Ventilscheiben 20 und 20' auf, die je nach Schaltstellung an zugehörigen Ventilsitzen 21 und 21' dicht anliegen. Die Fig. 10a und 10b zeigen dabei die beiden Extremmalschaltstellungen der Ventileinrichtung 6, wobei in Fig. 10a die Bypassleitung 7 geschlossen und in Fig. 10b die Bypassleitung 7 geöffnet ist, wie beispielsweise bei einem Kaltstart. Die einzelnen Teile der Ventileinrichtung 6, insbesondere der Ventilteller 15, 15" können dabei aus Metall oder aus Kunststoff ausgebildet sein.

Claims (10)

  1. Kühlsystem (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kühlkreislauf, in welchem zumindest ein Verbrennungsmotor (2), eine Pumpe (3) und eine Kühleinrichtung (4) angeordnet sind, wobei
    - eine die Pumpe (3) umgehende Kurzschlussleitung (5) vorgesehen ist, die eine Druckseite mit einer Saugseite der Pumpe (3) verbindet,
    - im Bereich der Kurzschlussleitung (5) eine Ventileinrichtung (6) vorgesehen ist, die zumindest zwischen zwei Stellungen verstellbar ist,
    - in der ersten Stellung zumindest ein Großteil des Kühlmittelstroms durch die Kurzschlussleitung (5) und in der zweiten Stellung der gesamte Kühlmittelstrom durch den Verbrennungsmotor (2) und nicht durch die Kurzschlussleitung (5) strömt,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die als Ringschieberventil ausgebildete Ventileinrichtung (6) einen kombinierten Ventilteller (15') und zwei Federn (19',19") aufweist, wobei eine erste Feder (19') dabei als Sicherheitsfeder ausgebildet ist, während mit einer zweiten Feder (19") eine Überdruckfunktion gewährleistet wird.
  2. Kühlsystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der kombinierte Ventilteller (15") zwei Ventilscheiben (20,20') aufweist, die je nach Schaltstellung an zugehörigen Ventilsitzen (21,21') dicht anliegen.
  3. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Ventilteller (15,15") aus Metall oder aus Kunststoff ausgebildet ist.
  4. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine die Kühleinrichtung (4) umgehende Bypassleitung (7) vorgesehen ist.
  5. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kurzschlussleitung (5) stromab der Pumpe (3) aus dem Kühlkreislauf abzweigt und in diesen stromauf der Pumpe (3) oder in die Bypassleitung (7) mündet.
  6. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Ventileinrichtung (6) als Drosseleinrichtung ausgebildet ist.
  7. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass im Mündungsbereich der Bypassleitung (7) in den Kühlkreislauf ein Thermostat (9) mit einer Ventileinrichtung (10), insbesondere ein Thermostatventil, angeordnet ist.
  8. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Ventileinrichtung (6) in unbetätigtem Zustand in ihrer zweiten Stellung verbleibt.
  9. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Ventileinrichtung (6,10) als Proportionalventil ausgebildet ist.
  10. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Ventileinrichtung (6) stromauf oder stromab der Pumpe (3) angeordnet ist.
EP20100151420 2009-02-05 2010-01-22 Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug Not-in-force EP2218887B1 (de)

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