EP2318678B1 - Wärmemanagementmodul des kühlsystems einer verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Wärmemanagementmodul des kühlsystems einer verbrennungskraftmaschine Download PDF

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EP2318678B1
EP2318678B1 EP20090780145 EP09780145A EP2318678B1 EP 2318678 B1 EP2318678 B1 EP 2318678B1 EP 20090780145 EP20090780145 EP 20090780145 EP 09780145 A EP09780145 A EP 09780145A EP 2318678 B1 EP2318678 B1 EP 2318678B1
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EP
European Patent Office
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management module
heat management
cooling system
valve
combustion engine
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EP20090780145
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Thomas Traudt
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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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
    • 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
    • F01P7/165—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control characterised by systems with two or more loops
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/86493—Multi-way valve unit
    • Y10T137/86815—Multiple inlet with single outlet
    • Y10T137/86823—Rotary valve

Definitions

  • the present invention relates to a thermal management module of the cooling system of an internal combustion engine, having at least one arranged in a valve housing first supply port for cooling water of a bypass circuit and at least one adjacent second supply port for cooling water of a radiator circuit, which are connectable depending on the position of a valve housing housed in the valve member with a discharge port, wherein on the valve housing drive means are provided for actuating the valve member. Furthermore, the invention also relates to a cooling system comprising such a thermal management module.
  • the cooling system of an internal combustion engine usually comprises two coolant circuits.
  • the cooling water flows through a previously designated as a cooler heat exchanger before it is fed back into the internal combustion engine. Excess heat is dissipated in the heat exchanger and delivered to a secondary coolant.
  • Both cooling circuits of the internal combustion engine can be switched on simultaneously or shifted in time.
  • the targeted distribution of the cooling water flow to both circuits, the internal combustion engine is adjusted in the range of the optimal coolant temperature. As a result, compliance with the permissible limit temperatures for engine and transmission is ensured in the first place.
  • the thermal management module comprises a valve mechanism, with which a cooler circuit and / or a bypass circuit of a cooling system can be switched. This is done by means of an electric motor, which is controlled by an electronic control, the input side evaluates the signal of a cooling water temperature sensor to actuate the valve mechanism depending on the prevailing cooling water temperature, so that the mixing ratio of the cooling water between the two cooling circuits is adjusted based on a predetermined cooling water temperature.
  • the valve mechanism includes a valve spool that performs either a linear or rotational indexing movement.
  • the electric motor drive is designed either as a linear drive, for example in the form of a proportional magnet, or as an electric stepper motor for generating the rotary switching movement.
  • From the DE 198 49 492 A1 shows another heat management module that has a valve member for switching a bypass circuit and a radiator circuit of a cooling system.
  • the valve member is designed in this prior art as a rotary valve, which is driven by an electric motor. With the electric motor drive, the valve member can optionally in bring a blocking position for the radiator circuit and the bypass circuit or in an open position between the radiator circuit or the bypass circuit.
  • optimal coolant temperature is possible for each operating condition of the internal combustion engine, which leads to the aforementioned reduction in fuel consumption and pollutant emissions while sparing the internal combustion engine.
  • an electric motor drive in a thermal management module which has a cooling water flowed through valve mechanism, must allow reliable reliable permanent separation of cooling water flowed through and electrical / mechanical component area. Otherwise, for example, undesirable coolant flowing over a seal leakage in the area of the electromotive drive means could cause an electrical short circuit or progressive wear there, which leads to the failure of the drive for the thermal management module.
  • the requirements for electromechanical components in vehicle construction in view of the prevailing environmental conditions in the area of the cooling system can usually be realized only by expensive constructions, which are able to meet the specific higher temperatures, the required sealing properties, the desired power requirements and service life.
  • the invention includes the technical teaching that the drive means for actuating the valve member of a thermal management module are designed as a rotating drive motion generating hydrostatic servo motor which uses a branching from the cooling system feed pressure line for pressurizing.
  • the advantage of the solution according to the invention lies in the fact that compared to electromechanical drives, the high power density and robustness of hydraulic drives is harnessed and on the other hand a permanently pressure-tight torque transmission is ensured on the valve member, because the required drive torque is generated directly on the valve member.
  • the solution according to the invention works free of external leakage and makes use of the hydraulic pressure energy available per se in the cooling system for actuating the valve member.
  • the hydrostatic actuator according to the invention should be designed in the manner of an internal gear motor.
  • an internal gear motor forms a very compact hydrostatic actuator, which is able to provide the drive energy for the valve member, which is preferably designed as a rotary valve to advantageously directly one use rotary drive movement of the internal gear motor as a switching movement.
  • the valve member which is preferably designed as a rotary valve to advantageously directly one use rotary drive movement of the internal gear motor as a switching movement.
  • This variant also makes it possible to replace existing electromotive drive units with hydrostatic actuators of the type according to the invention, in order to increase the robustness of such a thermal management module.
  • a particularly compact hydrostatic servo motor which is designed as an internal gear motor, results in which an internally toothed ring gear of the internal gear motor forms the rotatively movable part of the hydrostatic servo motor and is integrally formed with the rotary valve of the valve member.
  • this functionally integrated component can be manufactured, for example, as an injection molded part made of plastic or light metal.
  • the rotationally movable internally toothed ring gear mesh with a sun gear arranged in a stationary and eccentric manner in order to implement the principle of a gear motor.
  • a curved-shaped filler piece arranged in contrast to be stationary and eccentric should be included in the rotatively movable internally toothed ring gear.
  • the filler seals by its outer arc shape the pressure area relative to the internal teeth of the ring gear.
  • About an inner arc shape of the filler sealing against the adjacent thereto sun gear is realized.
  • the pressurization of the preferably constructed in the above manner internal gear motor is carried out according to a further measure improving the invention in that the front side of the drive region, a first Pressure connection and a second pressure connection arranged adjacent thereto are arranged, which can be mutually coupled to the feed pressure line in order to move the valve member pressure controlled along the two mutually opposite switching directions can.
  • an electromagnetic pilot valve in the context of a hydraulic pilot control, which is preferably designed as a monostable 4/3-way valve. Due to the three switching positions, the two oppositely directed switching movements and an additional blocking position can be implemented. In order to bring the monostable 4/3-way valve in a defined emergency position in case of failure of the electrical control, it is proposed to perform this spring reset.
  • the electromagnetic pilot valve By using the electromagnetic pilot valve, the advantages of electrically controlled systems with respect to the integration into the functionality of electronic controllers are maintained in the inventive solution, so that an integratability of the thermal management module according to the invention is given in the control algorithm of the engine control unit of an internal combustion engine.
  • the feed pressure line according to the invention for actuating the hydrostatic servo motor described above preferably starts from the region of the outflow-side connection of a cooling water pump integrated in the cooling system. Because here is the cooling water pressure in the entire system still pressure drop-free and thus the largest, so that the design of the hydrostatic servo motor can be done based on the prevailing there maximum cooling water pressure. As a result, the hydrostatic actuator can be sized as small as possible, which benefits the compactness of the thermal management module.
  • the cooling system of an internal combustion engine 1 essentially consists of a radiator circuit 2 and a bypass circuit 3.
  • the radiator circuit 2 performs the heated by the internal combustion engine 1 cooling water by acting as a heat exchanger cooler 4, so that after cooling via a downstream coolant pump 5, the cooling water back in the Internal combustion engine 1 is available for its cooling.
  • this cooler circuit 2 is used for cooling the internal combustion engine 1
  • the bypass circuit 3 is used for heating the internal combustion engine 1, in particular during the warm-up phase, to heat the cooling water as quickly as possible near the optimum temperature, bypassing the radiator 4.
  • the required for temperature control of the internal combustion engine 1 selection between radiator circuit 2 and bypass circuit 3 or a mixed operation between the two circuits is performed by a thermal management module. 6
  • FIG. 2 comprises the thermal management module 6 a - here only in schematic section shown - valve housing 7, to which a first supply port 8 for the cooling water of - not shown here - bypass circuit 3 and at least one adjacent second supply port 9 for the cooling water - which also not shown here - Radiator circuit 2 is arranged.
  • the two supply ports 8 and 9 are selectively connected to a likewise arranged on the valve housing 7 discharge port 11.
  • a hydrostatic servo motor 12 is provided as the drive means, which, generating a rotating drive movement, directly actuates the rotary valve 10.
  • the hydrostatic servo motor 12 is designed in the manner of an internal gear motor and has an internally toothed ring gear 13, which is formed rotatably movable in one piece with the rotary valve 10.
  • the internally toothed ring gear 13 meshes with a counter-eccentrically arranged sun gear 14 to form a gear motor.
  • a contrast is fixed and eccentrically arranged arcuate filler 15 is also placed.
  • the filler 15 forms together with the opposite and not coming to rest sun gear 14, two opposing gear motor internal pressure chambers, which are associated with a first pressure port 16a and a second pressure port 16b arranged adjacent thereto.
  • Both pressure ports 16a and 16b are mutually coupled to a feed pressure line 17, which branches off the feed pressure directly from the cooling system of the internal combustion engine.
  • a monostable 4/3-way valve 18 is provided, which acts here as an electropneumatic pilot valve.
  • the 4/3-way valve 18 is electrically controlled by an electronic heat management control 19, which is part of the engine control here.
  • valve member instead of the embodiment of the valve member as a rotary valve and a turntable or the like can be used to form the valve mechanism of the thermal management module 6.
  • valve member instead of the embodiment of the valve member as a rotary valve and a turntable or the like can be used to form the valve mechanism of the thermal management module 6.
  • a valve member a translationally adjustable valve spool or the like. In this case, however, the rotating drive movement of the hydrostatic servo motor in a translational drive movement required for such a valve member to convert transmission technology.

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Abstract

Wärmemanagementmodul (6) des Kühlsystems einer Verbrennungskraftmaschine (1) mit mindestens einem an einem Ventilgehäuse (7) angeordneten ersten Zuführanschluss (8) für Kühlwasser eines Bypasskreises (3) sowie mindestens einem benachbarten zweiten Zuführanschluss (9) für Kühlwasser eines Kühlerkreises (2), die je nach Stellung eines im Ventilgehäuse (7) untergebrachten Ventilgliedes mit einem Abführanschluss (11) verbindbar sind, wobei am Ventilgehäuse (7) Antriebsmittel zur Betätigung des Ventilgliedes vorgesehen sind, die als ein eine drehende Antriebsbewegung erzeugender hydrostatischer Stellmotor (12) ausgeführt sind, der eine vom Kühlsystem abzweigende Speisedruckleitung (17) zur Druckbeaufschlagung nutzt.

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmemanagementmodul des Kühlsystems einer Verbrennungskraftmaschine, mit mindestens einem in einem Ventilgehäuse angeordneten ersten Zuführanschluss für Kühlwasser eines Bypasskreises sowie mindestens einem benachbarten zweiten Zuführanschluss für Kühlwasser eines Kühlerkreises, die je nach Stellung eines im Ventilgehäuse untergebrachten Ventilgliedes mit einem Abführanschluss verbindbar sind, wobei am Ventilgehäuse Antriebsmittel zur Betätigung des Ventilgliedes vorgesehen sind. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Kühlsystem, welches ein derartiges Wärmemanagementmodul umfasst.
  • Das Kühlsystem einer Verbrennungskraftmaschine umfasst in der Regel zwei Kühlmittelkreise. Ein Bypasskreis, oder auch Kurzschlusskreis genannt, führt der Verbrennungskraftmaschine das Kühlwasser ohne Kühlung wieder zu. Im Kühlerkreis durchströmt das Kühlwasser zuvor einen als Kühler bezeichneten Wärmetauscher, bevor es der Verbrennungskraftmaschine wieder zugeführt wird. In dem Wärmetauscher wird überschüssige Wärme abgeführt und an ein sekundäres Kühlmittel abgegeben. Beide Kühlkreise der Verbrennungskraftmaschine können gleichzeitig oder zeitlich verschoben eingeschaltet werden. Durch die gezielte Verteilung des Kühlwasserstroms auf beide Kreisläufe wird die Verbrennungskraftmaschine im Bereich der optimalen Kühlmitteltemperatur eingeregelt. Hierdurch wird in erster Linie die Einhaltung der zulässigen Grenztemperaturen für Motor und Getriebe sichergestellt. Darüber hinaus muss den zueinander konkurrierenden Anforderungen hinsichtlich eines verbrauchsoptimierten Warmlaufs und einer raschen Innenraumklimatisierung Rechnung getragen werden. Bei modernen Kühlsystemen des Standes der Technik wird dies gewöhnlich durch flexibel ansteuerbare Bauteile, wie eine elektrische Kühlmittelpumpe, deren Drehzahl nicht fest an die Drehzahl der Kurbelwelle gekoppelt ist, sowie ein elektrisch ansteuerbarer Kennfeldthermostat, Elektrolüfter und Heizungsventile umgesetzt. Hierdurch ist die Auslegung des Kühlsystems auf die vorstehend genannten Randbedingungen inklusive eines flexiblen Wärmemanagements möglich. Durch intelligentes Wärmemanagement lassen sich daneben auch Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemission reduzieren. Besonders geeignet dafür sind eine extern gekühlte Abgasrückführung sowie die Verkürzung der Warmlaufphase durch Kühlmittelstillstand und einer Abkopplung von thermischen Massen. Durch die Anpassung der Kühlmitteltemperatur an den vorliegenden Lastbereich des Verbrennungsmotors mit Hilfe eines Wärmemanagementmoduls lassen sich diese Ziele erreichen.
  • Aus der US 4,644,909 geht ein solches Wärmemanagementmodul hervor. Das Wärmemanagementmodul umfasst einen Ventilmechanismus, mit welchem ein Kühlerkreis und/oder ein Bypasskreis eines Kühlsystems schaltbar sind. Dies erfolgt mit Hilfe eines Elektromotors, welcher durch eine elektronische Steuerung ansteuerbar ist, die eingangsseitig das Signal eines Kühlwassertemperatursensors auswertet, um abhängig von der herrschenden Kühlwassertemperatur den Ventilmechanismus zu betätigen, damit das Mixverhältnis des Kühlwassers zwischen den beiden Kühlkreisen anhand einer vorgegebenen Kühlwassertemperatur eingestellt wird. Der Ventilmechanismus umfasst einen Ventilschieber, der entweder eine lineare oder eine rotatorische Schaltbewegung durchführt. Dementsprechend ist der elektromotorische Antrieb entweder als Linearantrieb ausgeführt, beispielsweise in Form eines Proportionalmagneten, oder als elektrischer Schrittmotor zur Erzeugung der rotativen Schaltbewegung.
  • Aus der DE 198 49 492 A1 geht ein weiteres Wärmemanagementmodul hervor, dass ein Ventilglied zum Schalten eines Bypasskreises sowie eines Kühlerkreises eines Kühlsystems aufweist. Das Ventilglied ist bei diesem Stand der Technik als ein Drehschieber ausgeführt, welcher elektromotorisch angetrieben ist. Mit dem elektromotorischen Antrieb lässt sich das Ventilglied wahlweise in eine Sperrstellung für den Kühlerkreis sowie den Bypasskreis bringen oder in eine Offenstellung zwischen dem Kühlerkreis oder dem Bypasskreis. Darüber hinaus ist es auch möglich, einen Mischbetrieb durch gleichzeitige Verbindung des Kühlerkreises und des Bypasskreises mit dem Abführanschluss herzustellen, um ein Wärmemanagement innerhalb des Kühlsystems durch eine kennfeldgeregelte Kühlung zu realisieren. Durch Auswahl einer geeigneten Schaltstellung der Ventilmechanik ist für jeden Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine eine optimale Kühlmitteltemperatur möglich, was zur eingangs erwähnten Verringerung des Kraftstoffverbrauchs sowie der Schadstoffemission bei gleichzeitiger Schonung der Verbrennungskraftmaschine führt.
  • Nachteilhaft bei dem vorstehend diskutierten Stand der Technik wirkt sich allerdings der elektromotorische Antrieb der Ventilmechanik aus. Denn ein elektromotorischer Antrieb bei einem Wärmemanagementmodul, welches eine kühlwasserdurchströmte Ventilmechanik aufweist, muss eine zuverlässig dauerdichte Trennung von kühlwasserdurchströmten und elektrisch/mechanischen Bauteilbereich ermöglichen. Ansonsten könnte beispielsweise unerwünscht über eine Dichtungsleckage überströmendes Kühlmittel in den Bereich der elektromotorischen Antriebsmittel dort einen elektrischen Kurzschluss oder fortschreitenden Verschleiß verursachen, der zum Ausfall des Antriebs für das Wärmemanagementmodul führt. Weiterhin sind die Anforderungen an elektromechanische Komponenten im Fahrzeugbau im Hinblick auf die herrschenden Umgebungsbedingungen im Bereich des Kühlsystems meist nur durch aufwendige Konstruktionen zu realisieren, welche in der Lage sind, die spezifischen höheren Temperaturen, je erforderlichen Abdichtungseigenschaften, den gewünschten Leistungsbedarf sowie Lebensdauer zu erfüllen.
  • So ist es beispielsweise schon versucht worden, den elektromotorischen Antrieb einer Ventilmechanik eines Wärmemanagementmoduls in einem getrennten Gehäuse unterzubringen und über eine Stirnradstufe auf die Ventilmechanik zu übertragen. Durch die getrennten Gehäuse wird zwar ein dichtungsleckagebedingtes Eindringen von Kühlwasser in den elektromotorischen Antrieb verhindert, allerdings erfordert diese räumliche Trennung, den technischen Aufwand einer zusätzlichen Getriebestufe zur Kraftübertragung sowie insgesamt einen recht großen Bauraum.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Wärmemanagementmodul eines Kühlsystems für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, welches kompaktbauend und robust konstruiert ist und sich gleichzeitig leckagegefahrfrei über die gesamte Lebensdauer im Kühlsystem betreiben lässt.
  • Die Aufgabe wird ausgehend von einem Wärmemanagementmodul gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
  • Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Antriebsmittel zur Betätigung des Ventilgliedes eines Wärmemanagementmoduls als ein eine drehende Antriebsbewegung erzeugender hydrostatischer Stellmotor ausgeführt sind, der eine vom Kühlsystem abzweigende Speisedruckleitung zur Druckbeaufschlagung nutzt.
  • Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass gegenüber elektromechanischen Antrieben die hohe Leistungsdichte sowie Robustheit hydraulischer Antriebe nutzbar gemacht wird und zum anderen eine dauerhaft druckdicht ausgeführte Drehmomentübertragung auf das Ventilglied sichergestellt wird, weil das erforderliche Antriebsmoment direkt am Ventilglied entsteht. Die erfindungsgemäße Lösung arbeitet frei von äußerer Leckage und macht sich die per se im Kühlsystem zur Verfügung stehende hydraulische Druckenergie zur Betätigung des Ventilgliedes zu Nutze.
  • Vorzugsweise sollte der erfindungsgemäße hydrostatische Stellmotor nach Art eines Innenzahnradmotors ausgebildet sein. Denn ein Innenzahnradmotor bildet einen sehr kompakt bauenden hydrostatischen Stellmotor, welcher in der Lage ist, die Antriebsenergie für das Ventilglied bereitzustellen, das vorzugsweise als ein Drehschieber ausgebildet ist, um vorteilhafterweise direkt eine rotatorische Antriebsbewegung des Innenzahnradmotors als Schaltbewegung zu nutzen. Sollte es aufgrund besonderer konstruktiver Randbedingungen erforderlich sein, das von einem hydrostatischen Stellmotor gelieferte Drehmoment zur Verwendung als Schaltbewegung zu erhöhen, so wird vorgeschlagen, zwischen dem hydrostatischen Stellmotor und dem vorzugsweise als Drehschieber ausgebildeten Ventilglied ein Untersetzungsgetriebe zwischenzuschalten, welches beispielsweise als Stirnradstufe ausgebildet sein kann. Diese Variante gestattet es auch, vorhandene elektromotorische Antriebseinheiten gegen hydrostatische Stellmotoren der erfindungsgegenständlichen Art auszutauschen, um die Robustheit eines solchen Wärmemanagementmoduls zu erhöhen.
  • Ein besonders kompaktbauender hydrostatischer Stellmotor, der als Innenzahnradmotor ausgebildet ist, ergibt sich, in dem ein innenverzahntes Hohlrad des Innenzahnradmotors den rotativ beweglichen Teil des hydrostatischen Stellmotors bildet und einstückig mit dem Drehschieber des Ventilglieds ausgebildet ist. Dabei kann dieses funktionsintegrierte Bauteil beispielsweise als Spritzgussteil aus Kunststoff oder Leichtmetall gefertigt werden.
  • Im Zusammenhang damit wird vorgeschlagen, dass das rotativ bewegliche innenverzahnte Hohlrad mit einem demgegenüber ortsfest und exzentrisch angeordneten Sonnenrad kämmt, um das Prinzip eines Zahnradmotors umzusetzen. Um die Antriebsbewegung per Druckbeaufschlagung sicherzustellen, sollte sich an das rotativ bewegliche innenverzahnte Hohlrad ein demgegenüber ortsfest und exzentrisch angeordnetes bogenförmiges Füllstück einschließen. Das Füllstück dichtet durch seine äußere Bogenform den Druckbereich gegenüber der Innenverzahnung des Hohlrades. Über eine innere Bogenform des Füllstücks wird die Abdichtung gegenüber dem hieran anliegenden Sonnenrad realisiert.
  • Die Druckbeaufschlagung des vorzugsweise in vorstehender Weise aufgebauten Innenzahnradmotors erfolgt gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme dadurch, dass stirnseitig des Antriebsbereichs ein erster Druckanschluss sowie ein benachbart hierzu angeordneter zweiter Druckanschluss angeordnet sind, welche wechselseitig mit der Speisedruckleitung koppelbar sind, um das Ventilglied druckgesteuert entlang der beiden zueinander entgegensetzten Schaltrichtungen bewegen zu können.
  • Für eine solche wechselseitige Kopplung der beiden Druckanschlüsse mit der Speisedruckleitung wird vorgeschlagen, ein elektromagnetisches Pilotventil im Rahmen einer hydraulischen Vorsteuerung zu verwenden, das vorzugsweise als monostabiles 4/3-Wegeventil ausgeführt wird. Durch die drei Schaltstellungen lassen sich die beiden entgegengesetzt zueinander ausgerichteten Schaltbewegungen sowie eine zusätzliche Sperrstellung umsetzen. Um das monostabile 4/3-Wegeventil in eine definierte Notfallstellung bei Ausfall der elektrischen Ansteuerung zu bringen, wird vorgeschlagen, dieses federrückgestellt auszuführen. Durch Verwendung des elektromagnetischen Pilotventils bleiben bei der erfindungsgemäßen Lösung die Vorzüge elektrisch angesteuerter Systeme im Bezug auf die Einbindung in die Funktionalität elektronischer Regler erhalten, so dass eine Einbindbarkeit des erfindungsgemäßen Wärmemanagementmoduls in den Regelalgorithmus des Motorsteuergeräts einer Verbrennungskraftmaschine gegeben ist.
  • Die erfindungsgemäße Speisedruckleitung zur Betätigung des vorstehend beschriebenen hydrostatischen Stellmotors geht vorzugsweise vom Bereich des abflussseitigen Anschlusses einer im Kühlsystem integrierten Kühlwasserpumpe aus. Denn hier ist der Kühlwasserdruck im Gesamtsystem noch druckabfallfrei und damit am größten, so dass die Auslegung des hydrostatischen Stellmotors anhand des dort herrschenden maximalen Kühlwasserdrucks erfolgen kann. Hierdurch lässt sich der hydrostatische Stellmotor so kleinbauend wie möglich dimensionieren, was der Kompaktheit des Wärmemanagementmoduls zu Gute kommt.
  • Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung eines Kühlsystems einer Verbrennungskraftmaschine mit integriertem Wärmemanagementmodul, und
    Figur 2
    eine schematisch perspektivische Darstellung des Wärmemanagementmoduls nach Figur 1.
  • Gemäß Figur 1 besteht das Kühlsystem einer Verbrennungskraftmaschine 1 im Wesentlichen aus einem Kühlerkreis 2 sowie einem Bypasskreis 3. Der Kühlerkreis 2 führt das durch die Verbrennungskraftmaschine 1 aufgeheizte Kühlwasser durch einen als Wärmetauscher fungierenden Kühler 4, so dass nach Abkühlung über eine nachgeschaltete Kühlmittelpumpe 5 das Kühlwasser wieder in der Verbrennungskraftmaschine 1 zu dessen Kühlung zur Verfügung steht. Während dieser Kühlerkreis 2 zur Abkühlung der Verbrennungskraftmaschine 1 genutzt wird, , wird der Bypasskreis 3 zur Aufheizung des Verbrennungskraftmaschine 1 insbesondere während der Aufwärmphase genutzt, um unter Umgehung des Kühlers 4 das Kühlwasser möglichst schnell nahe der optimalen Temperatur aufzuheizen. Die zur Temperierung der Verbrennungskraftmaschine 1 erforderliche Auswahl zwischen Kühlerkreis 2 sowie Bypasskreis 3 oder auch einen Mischbetrieb zwischen beiden Kreisen erfolgt durch ein Wärmemanagementmodul 6.
  • Gemäß Figur 2 umfasst das Wärmemanagementmodul 6 ein - hier nur im schematischen Schnitt dargestelltes - Ventilgehäuse 7, an dem ein erster Zuführanschluss 8 für das Kühlwasser des - hier nicht dargestellt - Bypasskreises 3 sowie mindestens ein benachbarter zweiter Zuführanschluss 9 für das Kühlwasser - das ebenfalls hier nicht dargestellten - Kühlerkreises 2 angeordnet ist. Je nach Stellung des hier nach Art eines Drehschiebers 10 ausgebildeten, innerhalb des Ventilgehäuses 7 angeordneten Ventilglieds sind die beiden Zuführanschlüsse 8 und 9 wahlweise mit einem ebenfalls am Ventilgehäuse 7 angeordneten Abführanschluss 11 verbindbar.
  • Zur Betätigung des Drehschiebers 10 ist als Antriebsmittel ein hydrostatischer Stellmotor 12 vorgesehen, der, eine drehende Antriebsbewegung erzeugend, direkt den Drehschieber 10 betätigt. Der hydrostatische Stellmotor 12 ist nach Art eines Innenzahnradmotors ausgebildet und weist ein innenverzahntes Hohlrad 13 auf, das rotativ beweglich einstückig mit dem Drehschieber 10 ausgebildet ist. Das innenverzahnte Hohlrad 13 kämmt mit einem demgegenüber exzentrisch angeordneten Sonnenrad 14 zur Bildung eines Zahnradmotors. Im Hohlrad 13 ist ebenfalls ein demgegenüber ortsfest und exzentrisch angeordnetes bogenförmiges Füllstück 15 platziert. Das Füllstück 15 bildet gemeinsam mit dem gegenüberliegenden und hieran nicht zur Anlage kommenden Sonnenrad 14 zwei einander gegenüberliegende zahnradmotorinterne Druckkammern, welche einem ersten Druckanschluss 16a sowie einem benachbart hierzu angeordneten zweiten Druckanschluss 16b zugeordnet sind.
  • Beide Druckanschlüsse 16a und 16b sind wechselseitig mit einer Speisedruckleitung 17 koppelbar, welche den Speisedruck direkt aus dem Kühlsystem der Verbrennungskraftmaschine abzweigt. Zur wechselseitigen Kopplung der beiden Druckanschlüsse 16a und 16b des hydrostatischen Stellmotors 12 mit der Speisedruckleitung 17 ist ein monostabiles 4/3-Wegeventil 18 vorgesehen, das hier als elektropneumatisches Pilotventil fungiert. Das 4/3-Wegeventil 18 wird elektrisch angesteuert von einer elektronischen Wärmemanagementsteuerung 19, welche hier Bestandteil der Motorsteuerung ist.
  • Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel, sondern umfasst auch Abwandlungen hiervon, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche eingeschlossen sind. So kann anstelle der Ausführung des Ventilgliedes als Drehschieber auch eine Drehscheibe oder dergleichen verwendet werden, um die Ventilmechanik des Wärmemanagementmoduls 6 zu bilden. Daneben ist es auch möglich, als Ventilglied einen translatorisch verstellbaren Ventilschieber oder dergleichen zu wählen. In diesem Falle ist jedoch die drehende Antriebsbewegung des hydrostatischen Stellmotors in eine insoweit erforderliche translatorische Antriebsbewegung für ein solches Ventilglied getriebetechnisch umzuwandeln. Ebenso denkbar ist es, den die Antriebsbewegung erzeugenden hydrostatischen Stellmotor über ein zwischengeschaltetes Getriebe mit dem Ventilglied zu koppeln, um dieses zu betätigen, wozu sich beispielsweise eine Stirnradgetriebestufe, ein Schneckengetriebe oder dergleichen eignen würde, um vorzugsweise ein Untersetzungsgetriebe zur Umwandlung einer schnellen Drehzahl des hydrostatischen Stellmotors in eine niedrigere Drehzahl zur Erzeugung der Schaltbewegung des Ventilgliedes zu schaffen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verbrennungskraftmaschine
    2
    Kühlerkreis
    3
    Bypasskreis
    4
    Kühler
    5
    Kühlwasserpumpe
    6
    Wärmemanagementmodul
    7
    Ventilgehäuse
    8
    erster Zuführanschluss
    9
    zweiter Zuführanschluss
    10
    Drehschieber
    11
    Abführanschluss
    12
    hydrostatischer Stellmotor
    13
    Hohlrad
    14
    Sonnenrad
    15
    Füllstück
    16
    Druckanschluss
    17
    Speisedruckleitung
    18
    4/3-Wegeventil
    19
    Wärmemanagementsteuerung

Claims (12)

  1. Wärmemanagementmodul (6) des Kühlsystems einer Verbrennungskraftmaschine (1) mit mindestens einem an einem Ventilgehäuse (7) angeordneten ersten Zuführanschluss (8) für Kühlwasser eines Bypasskreises (3) sowie mindestens einem benachbarten zweiten Zuführanschluss (9) für Kühlwasser eines Kühlerkreises (2), die je nach Stellung eines im Ventilgehäuse (7) untergebrachten Ventilgliedes mit einem Abführanschluss (11) verbindbar sind, wobei am Ventilgehäuse (7) Antriebsmittel zur Betätigung des Ventilgliedes vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmittel als ein eine drehende Antriebsbewegung erzeugender hydrostatischer Stellmotor (12) ausgeführt sind, der eine vom Kühlsystem abzweigende Speisedruckleitung (17) zur Druckbeaufschlagung nutzt.
  2. Wärmemanagementmodul (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hydrostatische Stellmotor (12) nach Art eines Innenzahnradmotors ausgebildet ist.
  3. Wärmemanagementmodul (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied als ein Drehschieber (10) ausgebildet ist, den die Antriebsmittel direkt oder unter Zwischenschaltung eines Untersetzungsgetriebes nach Maßgabe einer Wärmemanagementsteuerung (19) drehbar betätigen.
  4. Wärmemanagementmodul (6) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein innenverzahntes Hohlrad (13) ein rotativ bewegliches Teil des hydrostatischen Stellmotors (6) darstellt und einstückig mit dem Drehschieber (10) ausgebildet ist.
  5. Wärmemanagementmodul (6) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das rotativ bewegliche innenverzahnte Hohlrad (13) mit einem demgegenüber exzentrisch angeordneten Sonnenrad (14) zur Bildung eines Zahnradmotors kämmt.
  6. Wärmemanagementmodul (6) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das rotativ bewegliche innenverzahnte Hohlrad (13) ein demgegenüber ortsfest und exzentrisch angeordnetes bogenformiges Füllstück (15) einschließt.
  7. Wärmemanagementmodul (6) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass stirnseitig des hydrostatischen Stellmotors (12) ein erster Druckanschluss (16a) sowie ein benachbart hierzu angeordneter zweiter Druckanschluss (16b) angeordnet ist, welche wechselseitig mit der Speisedruckleitung (17) koppelbar sind.
  8. Wärmemanagementmodul (6) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur wechselseitigen Kopplung der beiden Druckanschlüsse (16a, 16b) mit der Speisedruckleitung (17) ein als elektromagnetisches Pilotventil fungierendes monostabiles 4/3-Wegeventil (18) vorgesehen ist.
  9. Wärmemanagementmodul (6) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das monostabile 4/3-Wegeventil (18) federrückgestellt in eine definierte Notfallstellung gelangt.
  10. Wärmemanagementmodul (6) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Ventilgehäuse (7), der innenliegende Drehschieber (10) mit angeformtem innenverzahnten Hohlrad (13) sowie das hiermit korrespondierende Sonnenrad (14) aus Kunststoff oder Leichtmetallguss gefertigt sind.
  11. Kühlsystem einer Verbrennungskraftmaschine (1) mit einem Wärmemanagementmodul (6) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit zumindest einem Kühlerkreis (2) sowie Bypasskreis (3), die per Kühlmittelpumpe (5) betrieben sind und nach Maßgabe des Wärmemanagementmoduls (6) steuerbar sind.
  12. Kühlsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisedruckleitung (17) zur Betätigung des hydrostatischen Stellmotors (12) vom Bereich des abflussseitigen Anschlusses der im Kühlsystem integrierten Kühlwasserpumpe (5) ausgeht.
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