EP2559878A1 - Cooling system, in particular for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem, insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug zum Kühlen von Aggregaten und/oder eines Antriebsmotors, insbesondere des Kraftfahrzeugs mittels einer Kühlmediumpumpe.The present invention relates to a cooling system, in particular for use in a motor vehicle for cooling units and / or a drive motor, in particular of the motor vehicle by means of a cooling medium pump.
Kühlsysteme, beispielsweise Fahrzeugkühlsysteme, sind bekannt. Diese umfassen einen Kühlmediumkreislauf zum Abführen von Wärme mittels eines Kühlmediums, beispielsweise Wasser oder ein Wassergemisch, wobei das Kühlmedium mittels einer Kühlmediumpumpe im Kühlmediumkreislauf ständig umgewälzt wird.Cooling systems, such as vehicle cooling systems, are known. These include a cooling medium circuit for removing heat by means of a cooling medium, for example water or a water mixture, wherein the cooling medium is continuously circulated by means of a cooling medium pump in the cooling medium circuit.
Während herkömmlich die Kühlmittelpumpe in einer ständigen Triebverbindung mit dem Antriebsmotor des Fahrzeugs steht und somit in Abhängigkeit der Drehzahl des Antriebsmotors angetrieben wird, wurden in jüngerer Zeit auch mittels eines Elektromotors angetriebene Kühlmediumpumpen vorgeschlagen. Dies hat den Vorteil, dass die Kühlmediumpumpe unabhängig von der Drehzahl des Antriebsmotors angetrieben werden kann.While conventionally, the coolant pump is in constant drive connection with the drive motor of the vehicle and thus driven in dependence on the rotational speed of the drive motor, cooling medium pumps driven by an electric motor have recently been proposed. This has the advantage that the cooling medium pump can be driven independently of the speed of the drive motor.
Eine weitere bekannte Möglichkeit, die Drehzahl der Kühlmediumpumpe regeln zu können, jedoch nicht vollständig unabhängig von der Drehzahl des Antriebsmotors, sieht vor, in der Triebverbindung zwischen dem Antriebsmotor und der Kühlmediumpumpe eine schaltbare Magnetkupplung anzuordnen. Hierdurch ist es möglich, die Kühlmediumpumpe bei Bedarf mit einer niedrigeren Drehzahl umlaufen zu lassen als die Antriebsmaschine umläuft. Ein solcher Bedarf besteht immer dann, wenn in einem Betriebszustand eine verhältnismäßig kleine Kühlleistung des Kühlsystems erforderlich ist, die Antriebsmaschine mit einer vergleichsweise hohen Drehzahl umläuft und durch Vermindern der Drehzahl der Kühlmediumpumpe eine Energieeinsparung erzielt werden kann.Another known way to be able to control the speed of the cooling medium pump, but not completely independent of the speed of the drive motor, provides to arrange a switchable magnetic coupling in the drive connection between the drive motor and the cooling medium pump. This makes it possible to rotate the cooling medium pump, if necessary, at a lower speed than the engine rotates. Such a need exists whenever, in an operating condition, a relatively small cooling capacity of the cooling system is required, the prime mover rotates at a comparatively high speed, and an energy saving can be achieved by reducing the speed of the cooling medium pump.
Nachteile der bekannten Ausführungsformen mit einer Magnetkupplung in der Triebverbindung zwischen der Antriebsmaschine und der Kühlmediumpumpe sind die begrenzte Schalthäufigkeit aufgrund eines Verschleißes der Kupplung sowie die Störanfälligkeit der Kupplung. Ein besonderes Problem stellt die Wärmeentwicklung in der Kupplung dar.Disadvantages of the known embodiments with a magnetic coupling in the drive connection between the drive machine and the cooling medium pump are the limited switching frequency due to wear of the clutch and the susceptibility of the clutch. A particular problem is the heat development in the coupling.
Zum druckschriftlichen Stand der Technik wird auf
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlsystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug anzugeben, welches hinsichtlich der genannten Probleme verbessert ist. Hierbei soll ein Kühlsystem mit einer schaltbaren und vorteilhaft in ihrer Drehzahl regelbaren Kühlmediumpumpe angegeben werden, welche weniger anfällig ist für im Dauerbetrieb auftretende Wärmebelastungen. Weiterhin soll die Kühlmittelpumpe von geringem Aufwand und kostengünstig in der Herstellung sein sowie eine Gewichtersparnis mit sich bringen.The present invention has for its object to provide a cooling system, in particular for a motor vehicle, which is improved in terms of the aforementioned problems. Here, a cooling system with a switchable and advantageously controllable in their speed cooling medium pump is to be specified, which is less prone to occurring in continuous operation heat loads. Furthermore, the coolant pump should be of little effort and inexpensive to manufacture and bring a weight savings.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Kühlsystem, insbesondere eines Kraftfahrzeuges nach dem unabhängigen Anspruch gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar.The object of the invention is achieved by a cooling system, in particular a motor vehicle according to the independent claim. The dependent claims represent preferred embodiments of the invention.
Ein erfindungsgemäßes Kühlsystem beispielsweise eines Kraftfahrzeugs umfasst einen Kühlmediumkreislauf, in dem ein Kühlmedium zum Kühlen von Aggregaten und/oder eines Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs mittels einer Kühlmediumpumpe umgewälzt wird. Die Kühlmediumpumpe weist ein Pumpenlaufrad zum Fördern des Kühlmediums auf. Weiterhin ist eine hydrodynamische Kupplung vorgesehen, umfassend ein Primärrad und ein Sekundärrad, die miteinander einen torusförmigen, über einen Arbeitsmediumzu- und Arbeitsmediumablauf befüllbaren und entleerbaren Arbeitsraum ausbilden, um Drehmoment hydrodynamisch vom Primärrad auf das Sekundärrad zu übertragen, wobei das Pumpenlaufrad mit dem Sekundärrad drehfest gekoppelt ist.A cooling system according to the invention, for example of a motor vehicle, comprises a cooling medium circuit in which a cooling medium for cooling units and / or a drive motor of the motor vehicle is circulated by means of a cooling medium pump. The cooling medium pump has a pump impeller for conveying the cooling medium. Furthermore, a hydrodynamic coupling is provided, comprising a primary wheel and a secondary wheel, which together form a toroidal working chamber which can be filled and emptied via a working medium supply and working medium drain To transmit torque hydrodynamically from the primary to the secondary, wherein the pump impeller is rotatably coupled to the secondary wheel.
Vorzugsweise ist die Kühlmediumpumpe eine Rotationspumpe und umfasst einen Einlasskanal zum Zuführen und einen Auslasskanal zum Abführen von Kühlmedium.Preferably, the cooling medium pump is a rotary pump and comprises an inlet channel for supplying and an outlet channel for discharging cooling medium.
Erfindungsgemäß ist das Kühlmedium des Kühlmediumkreislaufs zugleich das Arbeitsmedium der hydrodynamischen Kupplung. Dies bedeutet, dass die hydrodynamische Kupplung arbeitsmediumleitend mit dem Kühlmediumkreislauf verbunden ist. Dabei kann die hydrodynamische Kupplung wie folgt mit dem Einlasskanal (Saugseite) und dem Auslasskanal (Druckseite) der Kühlmediumpumpe in Verbindung stehen:
- Der Arbeitsmediumzulauf der hydrodynamischen Kupplung ist über eine strömungsleitende Verbindung mit dem Auslasskanal der Kühlmediumpumpe und der Arbeitsmediumablauf über eine strömungsleitende Verbindung mit dem Einlasskanal der Kühlmediumpumpe verbunden.
- Der Arbeitsmediumzulauf der hydrodynamischen Kupplung ist über eine strömungsleitende Verbindung mit dem Einlasskanal der Kühlmediumpumpe und der Arbeitsmediumablauf über eine strömungsleitende Verbindung mit dem Auslasskanal der Kühlmediumpumpe verbunden.
- Der Arbeitsmediumzulauf und der Arbeitsmediumablauf der hydrodynamischen Kupplung sind mit dem Einlasskanal der Kühlmediumpumpe über eine strömungsleitende Verbindung verbunden.
- Der Arbeitsmediumzulauf und der Arbeitsmediumablauf der hydrodynamischen Kupplung sind mit dem Auslasskanal der Kühlmediumpumpe über eine strömungsleitende Verbindung verbunden.
- Der Arbeitsmediumzu- und/oder der Arbeitsmediumablauf sind/ist über eine strömungsleitende Verbindung mit einem Pumpenraum, in dem ein Pumpenlaufrad angeordnet ist, verbunden.
- The working medium inlet of the hydrodynamic coupling is connected via a flow-conducting connection with the outlet channel of the cooling medium pump and the working medium outlet via a flow-conducting connection with the inlet channel of the cooling medium pump.
- The working medium inlet of the hydrodynamic coupling is connected via a flow-conducting connection with the inlet channel of the cooling medium pump and the working medium outlet via a flow-conducting connection with the outlet channel of the cooling medium pump.
- The working medium inlet and the working medium outlet of the hydrodynamic coupling are connected to the inlet channel of the cooling medium pump via a flow-conducting connection.
- The working medium inlet and the working medium flow of the hydrodynamic coupling are with the outlet channel of Cooling medium pump connected via a flow-conducting connection.
- The Arbeitsmediumzu- and / or the working medium drain are / is connected via a flow-conducting connection with a pump chamber in which a pump impeller is arranged.
Im letztgenannten Fall wird mittels der strömungsleitenden Verbindung der Füllungsgrad und somit die Leistungsübertragung der hydrodynamischen Kupplung im Wesentlichen in Abhängigkeit der Drehzahl des Pumpenlaufrades, des Fördervolumenstroms oder Förderdruckes der Kühlmediumpumpe eingestellt. Eine entsprechende Abhängigkeit kann auch dann erreicht werden, wenn der Arbeitsmediumzu- und/oder ablauf mit dem Auslass der Kühlmediumpumpe verbunden ist/sind. Vorteilhaft ersetzt die Kühlmediumpumpe in diesem Fall eine Füllsteuerungsvorrichtung zur Einstellung eines Füllungsgrades in der hydrodynamischen Kupplung.In the latter case, the degree of filling and thus the power transmission of the hydrodynamic coupling is adjusted essentially as a function of the rotational speed of the pump impeller, the delivery volume flow or delivery pressure of the cooling medium pump by means of the flow-conducting connection. A corresponding dependency can also be achieved if the working medium inlet and / or outlet is / are connected to the outlet of the cooling medium pump. Advantageously, the cooling medium pump replaced in this case a filling control device for adjusting a degree of filling in the hydrodynamic coupling.
Alternativ ist es möglich, in der strömungsleitenden Verbindung ein gesteuertes oder geregeltes Ventil vorzusehen, mittels welchem der Füllungsgrad des Arbeitsraumes der hydrodynamischen Kupplung eingestellt wird. Der durch die Kühlmediumpumpe erzeugte Druck dient in diesem Fall einer schnelleren und/oder vergleichsweise größeren Befüllung des Arbeitsraumes.Alternatively, it is possible to provide a controlled or regulated valve in the flow-conducting connection, by means of which the degree of filling of the working space of the hydrodynamic coupling is set. The pressure generated by the cooling medium pump in this case serves a faster and / or comparatively larger filling of the working space.
Dabei kann die strömungsleitende Verbindung jeweils eine Leitung darstellen oder in Form von Axial- und/oder Radialbohrungen ausgebildet sein, welche in das Primärrad, Sekundärrad, Pumpenlaufrad und/oder in ein Pumpengehäuse eingebracht sind. Auch kann eine solche strömungsleitende Verbindung von den genannten Bauteilen ausgebildet werden, beispielsweise durch Begrenzen eines Hohlraumes wie zum Beispiel eines Ringspaltes. Weiterhin kann eine Vielzahl von strömungsleitenden Verbindungen vorgesehen sein.In this case, the flow-conducting connection may each represent a line or be formed in the form of axial and / or radial bores, which are introduced into the primary wheel, secondary wheel, pump impeller and / or in a pump housing. Also, such a flow-conducting connection can be formed by said components, for example by limiting a cavity such as an annular gap. Furthermore, a plurality of flow-conducting connections can be provided.
Vorzugsweise kann in den strömungsleitenden Verbindungen, dem Arbeitsmediumzu- und/oder dem Arbeitsmediumablauf ein Ventil zur variablen Einstellung eines Arbeitsmediumvolumenstromes angeordnet sein. Beispielsweise kann das Ventil auch als veränderbare Drossel ausgeführt sein. Bevorzugt kann das Ventil ein ungesteuertes Ventil sein, das heißt frei von einer Steuerverbindung mit einer Steuer- oder Regelvorrichtung sein, welche zum Betätigen des Ventils Steuersignale erzeugt. Das Schalten des Ventils erfolgt dann beispielsweise durch Abgriff einer Temperatur, eines Druckes, eines Durchflusses oder einer sonstigen Größe oder einer entsprechenden Größendifferenz vorzugsweise eines durch das Kühlsystem gekühlten Antriebsstrangs oder seiner Umgebung. Auch kann das Ventil derart ausgebildet sein, dass es direkt vom Arbeitsmedium betätigbar ist. Beispielsweise wird der Öffnungsquerschnitt des Ventils in Abhängigkeit der Temperatur und/oder des Druckes des Arbeitsmediums am Ventil oder, insbesondere des Druckes im Arbeitsraum und/oder eines dazu relativen Überlagerungsdruckes variiert. Vorzugsweise erfolgt die Erfassung der Temperatur und/oder des Druckes im Wesentlichen an derselben Stelle wie die Änderung des Strömungsquerschnitts oder die Beaufschlagung des Ventils mit Arbeitsmedium. Bei einem temperaturabhängigen Schalten kann das Ventil beispielsweise als Temperaturregelventil (Thermostat, Bimetall) oder Druckzuschaltventil ausgebildet sein, welches den Strömungsquerschnitt für Kühlmedium und somit den Füllungsgrad und die Leistungsübertragung der hydrodynamischen Kupplung direkt oder indirekt temperatur- oder druckabhängig variiert. Druckzuschaltventile öffnen beispielsweise oberhalb eines vorbestimmten Druckes und variieren den Strömungsquerschnitt auch proportional zum anliegenden Druck.Preferably, a valve for the variable adjustment of a working medium volume flow can be arranged in the flow-conducting connections, the working medium supply and / or the working medium drain. For example, the valve can also be designed as a variable throttle. Preferably, the valve may be an uncontrolled valve, that is to say be free of a control connection with a control or regulating device which generates control signals for actuating the valve. The switching of the valve then takes place, for example, by tapping off a temperature, a pressure, a flow or any other variable or a corresponding size difference, preferably a drive train cooled by the cooling system or its surroundings. Also, the valve may be designed such that it can be actuated directly from the working medium. For example, the opening cross section of the valve is varied as a function of the temperature and / or the pressure of the working medium at the valve or, in particular, the pressure in the working space and / or a relative overlay pressure. Preferably, the detection of the temperature and / or the pressure takes place substantially at the same point as the change in the flow cross-section or the admission of the valve with the working medium. In the case of a temperature-dependent switching, the valve can be designed, for example, as a temperature regulating valve (thermostat, bimetal) or pressure switching valve, which varies the flow cross section for the cooling medium and thus the degree of filling and the power transmission of the hydrodynamic coupling directly or indirectly depending on temperature or pressure. Pressure switching valves open, for example, above a predetermined pressure and vary the flow cross section also proportional to the applied pressure.
Alternativ kann das Ventil fremdbetätigt sein - beispielsweise durch eine Steuervorrichtung. Auch hierbei können die genannten oder anderen Größen als Eingangsgrößen der Steuervorrichtung dienen, in Abhängigkeit von welchen die Steuervorrichtung das Ventil betätigt.Alternatively, the valve may be externally actuated - for example by a control device. Here, too, the mentioned or other variables can serve as input variables of the control device, as a function of which the control device actuates the valve.
Die Einstellung der Leistung beziehungsweise des Drehmomentes der Kühlmediumpumpe mittels der hydrodynamischen Kupplung kann neben der Variierung des Öffnungsquerschnittes der in den strömungsleitenden Verbindungen angeordneten Ventile und somit über den Füllungsgrad des Arbeitsraumes auch über die Beeinflussung der sich im Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung ausbildbaren Kreislaufströmung erfolgen. Beispielsweise kann die Kreislaufströmung durch Einbringen eines Drosselelementes mehr oder minder gestört oder freigegeben werden, so dass sich bei maximaler Störung der Kreislaufströmung ein minimales von der hydrodynamischen Kupplung übertragbares Drehmoment ergibt, und bei Entfernen des Drosselelementes ein maximales Drehmoment übertragbar ist. Wenn Zwischenstellungen des Drosselelements einstellbar sind, ist die Übertragung der Leistung auch zwischen den beiden Grenzwerten variierbar.The adjustment of the power or the torque of the cooling medium pump by means of the hydrodynamic coupling can be done in addition to the variation of the opening cross section of the arranged in the flow-conducting connections valves and thus on the degree of filling of the working space on the influence of the formable in the working space of the hydrodynamic coupling cycle flow. For example, the circulation flow can be more or less disturbed or released by introducing a throttle element, so that at maximum disruption of the circulation flow results in a minimum transmissible by the hydrodynamic coupling torque, and when removing the throttle element, a maximum torque is transferable. If intermediate positions of the throttle element are adjustable, the transmission of the power is also variable between the two limits.
Bei Vorsehen eines solchen Drosselelements in der hydrodynamischen Kupplung kann die Kupplung als konstantgefüllte hydrodynamische Kupplung ausgeführt sein, das heißt der Füllungsgrad von Arbeitsmedium im Arbeitsraum ist nicht gezielt variierbar. Dies schließt nicht aus, dass der Arbeitsraum gegebenenfalls wahlweise befüllt und entleert werden kann, um die Leistungsübertragung ein- und auszuschalten.When providing such a throttle element in the hydrodynamic coupling, the coupling can be designed as a constant-filled hydrodynamic coupling, that is, the degree of filling of working fluid in the working space is not selectively varied. This does not exclude that the work space may optionally be filled and emptied to turn on and off the power transmission.
Eine Steuerung der Leistungsübertragung der hydrodynamischen Kupplung mit einem Drosselelement kann entsprechend durch die zuvor beschriebenen Abhängigkeiten und Eingangsgrößen erfolgen.A control of the power transmission of the hydrodynamic coupling with a throttle element can be done in accordance with the dependencies and input variables described above.
Sind die Ventile zur Beeinflussung der Leistungsübertragung der hydrodynamischen Kupplung fremdbetätigbar ausgeführt, so kann der Öffnungsquerschnitt der Ventile beispielsweise in Abhängigkeit des Ladedruckes wenigstens einer Verdichterstufe eines im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs angeordneten Turboladers variiert werden. Auch ist es denkbar, den Druck in einer Frischluftleitung zum Antriebsmotor und insbesondere die Stellung einer in der Frischluftleitung angeordneten Drosselklappe zu erfassen und somit die Ventile entsprechend anzusteuern.If the valves designed to influence the power transmission of the hydrodynamic coupling externally actuated, the opening cross section of the valves, for example, depending on the boost pressure of at least one compressor stage of a arranged in the drive train of the motor vehicle turbocharger can be varied. Also, it is conceivable the pressure in a fresh air line to the drive motor and in particular to detect the position of a throttle valve arranged in the fresh air line and thus to control the valves accordingly.
Alternativ oder zusätzlich zu der Erfassung des durch den Verdichter erzeugten Ladedrucks kann auch der aktuelle, vom Antriebsmotor erzeugte Abgasdruck zur Steuerung oder Regelung der Ventile herangezogen werden. Auch ist die Betätigung der Ventile in Abhängigkeit der Stellung einer Auspuffklappe, welche von den Abgasen des Antriebsmotors, welcher als Verbrennungskraftmaschine ausgeführt sein kann, beaufschlagt wird und den Abgasdruck variiert, denkbar. Hierzu kann die Auspuffklappe in einer Abgasanlage des Kraftfahrzeugs stromab des Antriebsmotors angeordnet sein und insbesondere der Staudruck stromauf der Auspuffklappe erfasst werden.As an alternative or in addition to the detection of the boost pressure generated by the compressor, the current exhaust gas pressure generated by the drive engine can also be used to control or regulate the valves. Also, the actuation of the valves in response to the position of an exhaust flap, which is acted upon by the exhaust gases of the drive motor, which can be designed as an internal combustion engine, and varies the exhaust gas pressure, conceivable. For this purpose, the exhaust flap can be arranged in an exhaust system of the motor vehicle downstream of the drive motor and, in particular, the back pressure upstream of the exhaust flap can be detected.
Vorteilhaft können die Ventile in Abhängigkeit des Bremsmomentes einer Motorbremse beziehungsweise in Abhängigkeit der Bremsleistung, die in der Motorbremse in Verdichtungsarbeit umgesetzt wird, betätigt werden. Hierzu kann das Fahrzeug beispielsweise über eine Dekompressionsbremse, welche die vom Motor im Verdichtungstakt geleistete Arbeit ungenutzt lässt, beziehungsweise eine Motorstaubremse, wobei die Bremsleistung in Verdichtungsarbeit ohne anschließende Kraftstoffeinspritzung und Verbrennung umgesetzt wird, verfügen. Auch kann die Motorbremse als Kombination von Motorstaubremse und Dekompressionsbremse (EVB) ausgeführt sein.Advantageously, the valves can be actuated in dependence on the braking torque of an engine brake or as a function of the braking power, which is converted into compression work in the engine brake. For this purpose, the vehicle can, for example, a decompression brake, which leaves the work done by the engine in the compression stroke unused, or an engine dust, wherein the braking power is implemented in compression work without subsequent fuel injection and combustion have. The engine brake can also be designed as a combination of engine dust brake and decompression brake (EVB).
Weiterhin ist die Einstellung der von der hydrodynamischen Kupplung übertragbaren Leistung dadurch realisierbar, dass die Ventile in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeuges und insbesondere dessen Antriebsstranges betätigt werden. Mit Umgebungstemperatur ist beispielsweise die Lufttemperatur der Umgebung des Kraftfahrzeugs oder die Temperatur der einzelnen Aggregate wie Getriebe oder Retarder gemeint. Auch kann die Betätigung der Ventile in Abhängigkeit der Stellung eines Thermostatventils, welches im Kühlmediumkreislauf angeordnet ist, erfolgen.Furthermore, the setting of the transferable from the hydrodynamic coupling power can be realized that the valves are actuated in dependence on the ambient temperature of the motor vehicle and in particular its drive train. By ambient temperature, for example, the air temperature of the environment of the motor vehicle or the temperature of the individual units such as gear or retarder meant. Also, the Actuation of the valves in response to the position of a thermostatic valve, which is arranged in the cooling medium circuit, take place.
Sind die Ventile, wie oben beschrieben, fremdgesteuert ausgeführt, so können diese von geeigneten Sensoren beziehungsweise einer Steuervorrichtung und in Abhängigkeit der erfassten Größen, wie beispielsweise Temperatur-, Druck- oder Positionssensoren für die Stellung der Drossel- und Auspuffklappe über Signalleitungen, welche mit den Ventilen und den Sensoren wenigstens mittelbar in Verbindung stehen, betätigt werden. Dabei bedeutet mittelbar, dass zwischen den Ventilen und den Sensoren eine Steuervorrichtung vorgesehen sein kann, welche die aktuellen Werte der Sensoren erfasst und diese in Steuersignale für die Ventile zur Einstellung der Leistungsübertragung der hydrodynamischen Kupplung umwandelt. Auch kann die Steuervorrichtung mit Fahrzeugassistenzsystemen, der Motor- oder Getriebesteuerung in Verbindung stehen, so dass in Abhängigkeit der Signale einer oder mehrerer dieser Steuereinheiten und/oder Assistenzsysteme die Ventile betätigt werden. Ganz allgemein kann die Einstellung der Leistungsübertragung der hydrodynamischen Kupplung auch in Abhängigkeit der Drehzahl des Antriebsmotors beziehungsweise der Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Kraftfahrzeugs erfolgen.If the valves, as described above, carried out externally controlled, they can from suitable sensors or a control device and depending on the detected variables, such as temperature, pressure or position sensors for the position of the throttle and exhaust through signal lines, which with the Valves and the sensors are at least indirectly connected, are operated. In this case indirectly means that between the valves and the sensors, a control device may be provided which detects the current values of the sensors and converts these into control signals for the valves for adjusting the power transmission of the hydrodynamic coupling. The control device can also be connected to vehicle assistance systems, the engine or transmission control, so that the valves are actuated depending on the signals of one or more of these control units and / or assistance systems. Quite generally, the setting of the power transmission of the hydrodynamic coupling can also take place as a function of the rotational speed of the drive motor or the speed or acceleration of the motor vehicle.
Der Vorteil des Einsatzes von ungesteuerten Ventilen, die frei von einer Fremdbetätigung sind, ist der, dass die Ventile beispielsweise beim Ausfall der Steuereinrichtung weiterhin funktionieren und somit eine optimale Einstellung der Leistungsübertragung der hydrodynamischen Kupplung und somit eine optimale Wärmeabfuhr der Wärmemenge im Kühlmediumkreislauf ermöglichen. Beispielsweise können hierzu fremdbetätigbare und ungesteuerte Ventile kombiniert werden, so dass beim Ausfall der fremdbetätigbaren Ventile die ungesteuerten Ventile einen zuverlässigen Weiterbetrieb ermöglichen.The advantage of using uncontrolled valves, which are free of a foreign operation, is that the valves continue to function, for example, in the event of failure of the control device and thus allow optimal adjustment of the power transmission of the hydrodynamic coupling and thus optimal heat dissipation of the amount of heat in the cooling medium circuit. For example, externally actuated and uncontrolled valves can be combined for this, so that when the externally actuated valves fail, the uncontrolled valves enable reliable further operation.
Weitere vorteilhafte Merkmale, die einzeln oder in Kombination vorgesehen werden können, sind die Folgenden:
- Das Primärrad der hydrodynamischen Kupplung kann in einer Triebverbindung mit dem Antriebsmotor stehen und insbesondere von einer Antriebswelle getragen werden oder einteilig mit einer solchen ausgeführt sein.
- Im Kühlmediumkreislauf kann ein Wärmetauscher angeordnet sein, wobei der Arbeitsmediumablauf und/oder der Auslasskanal stromauf des Wärmetauschers im Bereich des Wärmetauschers münden/mündet.
- Der Antriebsmotor kann ein Verbrennungsmotor sein.
- Der Wärmetauscher kann Teil eines Kühlers einer Einrichtung zur Abgasrückführung und/oder eines Zwischenkühlers eines dem Antriebsmotor zugeordneten Abgasturboladers sein.
- The primary wheel of the hydrodynamic coupling can be in a drive connection with the drive motor and in particular be carried by a drive shaft or be made in one piece with such.
- A heat exchanger can be arranged in the cooling medium circuit, the working medium outlet and / or the outlet channel opening / opening in the region of the heat exchanger upstream of the heat exchanger.
- The drive motor may be an internal combustion engine.
- The heat exchanger may be part of a cooler of a device for exhaust gas recirculation and / or an intermediate cooler of an exhaust gas turbocharger assigned to the drive motor.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Figuren exemplarisch erläutert werden.The invention will be explained below by way of example with reference to embodiments and the accompanying figures.
Es zeigen:
Figur 1- schematisch vereinfacht ein Kühlsystem eines Kraftfahrzeuges.
Figur 2- schematisch vereinfacht ein Kühlsystem eines Kraftfahrzeuges mit einer Steuereinrichtung.
Figur 3- eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen hydrodynamischen Kupplung.
Figur 4- eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen hydrodynamischen Kupplung.
- Fig. 5
bis 9 - weitere Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Kühlsystems und der Anbindung der hydrodynamischen Kupplung an den Kühlmediumkreislauf.
Figur 10- eine weitere Ausgestaltung, wobei neben der hydrodynamischen Kupplung eine zusätzliche Kupplung vorgesehen ist.
- FIG. 1
- schematically simplifies a cooling system of a motor vehicle.
- FIG. 2
- schematically simplifies a cooling system of a motor vehicle with a control device.
- FIG. 3
- a first embodiment of a hydrodynamic coupling according to the invention.
- FIG. 4
- a further embodiment of a hydrodynamic coupling according to the invention.
- Fig. 5 to 9
- Further embodiments of a cooling system according to the invention and the connection of the hydrodynamic coupling to the cooling medium circuit.
- FIG. 10
- a further embodiment, wherein in addition to the hydrodynamic coupling, an additional clutch is provided.
Weiterhin ist eine hydrodynamische Kupplung 5 ersichtlich, welche vorliegend zwischen der Kühlmediumpumpe 3 und einem sich an den Antriebsmotor 2 anschließenden Getriebe 25 angeordnet ist. Dabei ist das Primärrad 6 über eine Antriebswelle 14 mit dem Getriebe 25 drehfest gekoppelt, wobei Antriebsleistung hydrodynamisch vom Primärrad 6 auf ein Sekundärrad 7 mittels einer Abtriebswelle 13 schließlich auf die Kühlmediumpumpe 3 übertragbar ist. Die Drehzahl/das Drehmoment der Antriebswelle 14 und/oder der Abtriebswelle 13 könnte mittels wenigstens einer Getriebestufe zusätzlich übersetzt werden.Furthermore, a
Vorliegend ist die hydrodynamische Kupplung 5 und insbesondere deren Arbeitsraum zum Einstellen eines Füllungsgrades über einen Arbeitsmediumzulauf 8 (gestrichelte Linien) mit dem Kühlmediumkreislauf 1 strömungsleitend verbunden. Somit ist das Arbeitsmedium der hydrodynamischen Kupplung 5 zugleich das Kühlmedium und wird vorliegend stromab der Kühlmediumpumpe 3 aus dem Kühlmediumkreislauf 1 abgezweigt. Jedoch wäre auch eine andere Position für die Abzweigung, beispielsweise stromauf der oder im Bereich der Kühlmediumpumpe 3 denkbar. Im Bereich des Arbeitsmediumzulaufs 8 kann ein Ventil 32 vorgesehen sein, mittels welchem sich der Füllungsgrad und somit die Leistungsübertragung der hydrodynamischen Kupplung 5 einstellen lässt. Das Ventil 32 kann beispielsweise als verstellbare Drossel ausgeführt sein.In the present case, the
Vorliegend ist ein Arbeitsmediumablauf 9 der hydrodynamischen Kupplung 5 über eine strömungsleitende Verbindung mit dem Kühlmediumkreislauf 1 verbunden. Insbesondere mündet diese Verbindung (gestrichelte Linien) in Strömungsrichtung des Kühlmediums gesehen in dem Bereich vor dem Wärmetauscher 31. Zur Einstellung eines Druckes beziehungsweise Volumenstroms kann auch die genannte strömungsleitende Verbindung ein regelbares Ventil 33 aufweisen, welches beispielsweise als verstellbare Drossel ausgeführt sein kann. Diese Anordnung ermöglicht es, dass in einem Betriebszustand, in welchem eine verhältnismäßig kleine Kühlleistung des Kühlsystems erforderlich ist, jedoch schnell Wärme über einen verhältnismäßig kleinen Wärmetauscher 31 abgeführt werden muss, die Pumpwirkung der hydrodynamischen Maschine 5 ausgenutzt wird. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn der Motor und der Kühlmediumkreislauf noch vergleichsweise kalt sind, der Abgasrückführungskühler oder der Zwischenkühler jedoch schon ein heißes Medium kühlen müssen. Dabei ist die Pumpwirkung der hydrodynamischen Maschine 5 umso größer, je größer der Schlupf, also die Drehzahldifferenz zwischen Primärrad 6 und Sekundärrad 7 ist. Wird beispielsweise bei verhältnismäßig kleiner Kühlleistung des Kühlsystems, wobei die Kühlmediumpumpe mit einer vergleichsweise niedrigen Drehzahl und der Antriebsmotor mit einer vergleichsweise hohen Drehzahl umläuft (großer Schlupf) durch Wärmeeintrag in den Wärmetauscher 31 der Kühlbedarf vergrößert, so muss nicht unbedingt die Drehzahl der Kühlmediumpumpe vergrößert werden, sondern es genügt hierbei die Pumpwirkung der hydrodynamischen Kupplung 5, um diesen Bedarf zu decken.In the present case, a working
Die Pumpwirkung der hydrodynamischen Kupplung 5, insbesondere bei großem Schlupf, kann zusätzlich oder alternativ auch dazu genutzt werden, den Druck im Wärmetauscher 31 auf der Kühlmediumseite zu vergrößern. Ein größerer Druck verringert die Gefahr der Dampfblasenbildung und/oder der Kavitation im Kühlmedium im Wärmetauscher 31. Die Gefahr der Dampfblasenbildung und der Kavitation ist besonders dann groß, wenn der Kühlmediumkreislauf noch kalt ist, da dann ein geringer Druck beziehungsweise Überdruck im Kühlmediumkreislauf herrscht.The pumping action of the
In der Zuleitung zum Wärmetauscher 31 kann auf Seiten des Kühlmediumkreislaufs 1 stromauf des Wärmetauschers 31 ein Rückschlagventil 34 angeordnet sein. Ebenso kann stromab des Wärmetauschers 31 eine Drossel 35, welche auch regelbar ausgeführt sein kann, angeordnet sein. Die Drossel 35 kann auch dazu herangezogen werden, durch Drosseln des Kühlmediumstroms den Druck im Wärmetauscher 31 zu erhöhen. Hierdurch wird wiederum die Gefahr der Dampfblasenbildung und der Kavitation vermindert. Auch kann die Drossel 35 dazu herangezogen werden, zu bestimmen, wieviel Kühlmedium durch den Wärmetauscher 31 strömt und wieviel durch den gezeigten Bypass an diesem vorbeiströmt.In the supply line to the
Die
Die Kühlmediumpumpe 3 und insbesondere das Pumpenlaufrad 4 sind somit vorliegend in Axialrichtung neben der hydrodynamischen Kupplung 5 und insbesondere auf der Sekundärseite in einem gemeinsamen Gehäuse 15, welches das Pumpenlaufrad 4, das Primärrad 6 und das Sekundärrad 7 umschließt, angeordnet. Weiterhin umfasst die Kühlmediumpumpe 3 einen Einlasskanal 11, der im Wesentlichen oder exakt in Axialrichtung der hydrodynamischen Kupplung 5 verläuft sowie einen Auslasskanal 12, welcher in Radialrichtung der hydrodynamischen Kupplung 5 angeordnet ist.The cooling
Über einen Arbeitsmediumzulauf 8 wird Kühlmedium, welches im Einlasskanal 11 der Kühlmediumpumpe 3 angesaugt wird, in den Arbeitsraum 10 eingebracht. Das Arbeitsmedium verlässt den Arbeitsraum 10 vorliegend über einen Arbeitsmediumablauf 9, welcher beispielsweise am radial äußeren Ende der beiden Primär-/Sekundärräder 6, 7 angeordnet ist. Das über den Arbeitsmediumablauf abgeführte Arbeitsmedium wird dem Kühlmediumkreislauf über eine nicht gezeigte strömungsleitende Verbindung zugeführt. Vorliegend ist am Außendurchmesser des Sekundärrades 7 eine berührungslose Dichtung 18 vorgesehen, welche insbesondere das Arbeits- und Kühlmedium zwischen Arbeitsmediumablauf 9 und Auslasskanal 12 hydraulisch trennt und gegeneinander abdichtet.Cooling medium, which is sucked into the
In
Das Pumpenlaufrad 4 rotiert in einem Pumpenraum 17, welcher in hydraulischer Verbindung mit dem Einlasskanal 11 und dem Auslasskanal 12 steht. Vorliegend ist der Pumpenraum 17 über eine strömungsleitende Verbindung 23 in Form einer schrägen Bohrung hydraulisch mit dem Arbeitsraum 10 verbunden. Dabei bedeutet die schräge Bohrung, dass in einem Axialschnitt durch die Längsachse der hydrodynamischen Kupplung 5 gesehen die Mittellinie der Bohrung in einem Winkel zu der Längsachse der hydrodynamischen Kupplung 5 verläuft. Bevorzugt ist eine Mehrzahl von Bohrungen 23 vorgesehen. Somit gelangt Kühlmedium infolge der Rotation des Pumpenlaufrads 4 aus dem Pumpenraum 17 durch die Bohrung 23 in den Arbeitsraum 10, so dass der Füllungsgrad beziehungsweise die Leistungsübertragung insbesondere in Abhängigkeit der Drehzahl des Pumpenlaufrades 4 beziehungsweise des Förderdrucks eingestellt wird.The
Vorliegend ist das in der strömungsleitenden Verbindung angeordnete Ventil 32 als Bimetallstreifen ausgeführt, der beispielsweise, wie hier angezeigt, auf der dem Primärrad 6 zugewandten Stirnfläche des Sekundärrads 7 aufliegt und der in Abhängigkeit der Temperatur des Arbeitsmediums durch Verbiegen, insbesondere in Richtung auf das Primärrad 6 hin öffnet. Zur Beeinflussung des Füllungsgrades und somit der Leistungsübertragung könnte auch das Ventil 19 herangezogen werden, welches zum Beispiel ebenfalls als Thermostat- oder Druckzuschaltventil ausgeführt sein kann. Die beiden Ventile 19, 32 sind auch in Form einer Kombination eines Temperatur- und Druckregelventils denkbar.In the present case, the arranged in the flow-conducting
Auch gemäß
Die
In
Die
In
Die
Die
In allen beschriebenen Ausführungsformen kann im Kühlmediumkreislauf 1 zusätzlich ein Retarder vorgesehen sein, welcher in Triebverbindung mit einem Antriebsmotor des Kraftfahrzeuges steht, wobei die im Retarder während des Bremsbetriebs erzeugte Bremswärme dem Kühlsystem des Kraftfahrzeugs zugeführt wird. Auch kann der Retarder an den Kühlmediumkreislauf angeschossen sein, wobei der Retarder in diesem Fall als Wasserretarder ausgebildet ist, so dass das Kühlmedium gleichzeitig das Arbeitsmedium des Retarders ist. Vorteilhaft kann eine Retardersteuereinrichtung vorgesehen sein, welche die Leistungsübertragung des Retarders regelt. Hierbei wird insbesondere bei Anforderung eines Bremswunsches durch den Fahrer der Retarder durch die Retardersteuereinrichtung betätigt, wobei mittels eines pneumatischen Steuerdrucks Ventile zur Zuschaltung des Retarders und insbesondere zur variierten Einstellung eines vorbestimmten Füllungsgrads des Retarderarbeitsraumes betätigt werden oder ein Arbeitsmediumvorrat entsprechend druckbeaufschlagt wird und somit der Retarderarbeitsraum wenigstens teilweise mit Kühlmedium oder einem anderen Arbeitsmedium gefüllt wird. Der pneumatische Steuerdruck kann gleichzeitig zur Betätigung der Ventile 19 beziehungsweise 32, 33 im Zulauf und/oder Ablauf für Arbeitsmedium zu der/von der hydrodynamischen Kupplung 5 und somit zum Ändern des Füllungsgrades der hydrodynamischen Kupplung 5 herangezogen werden. Somit wird bei Betätigung des Retarders die Leistungsübertragung des Retarders und gleichzeitig die der hydrodynamischen Kupplung 5 und somit die Drehzahl der Kühlmediumpumpe 3 eingestellt. Hierzu können beispielsweise die Ventile 19, 32, 33 als fremdgesteuerte pneumatische Ventile ausgeführt sein, die durch den pneumatischen Steuerdruck der Retardersteuereinrichtung betätigbar sind.In all the described embodiments, a retarder may additionally be provided in the cooling
- 11
- KühlmediumkreislaufCoolant circuit
- 22
- Antriebsmotordrive motor
- 33
- KühlmediumpumpeCoolant pump
- 44
- Pumpenlaufradpump impeller
- 55
- hydrodynamische Kupplunghydrodynamic coupling
- 66
- Primärradprimary wheel
- 77
- Sekundärradsecondary
- 88th
- ArbeitsmediumzulaufWorking fluid inlet
- 99
- ArbeitsmediumablaufWorking medium flow
- 1010
- Arbeitsraumworking space
- 1111
- Einlasskanalinlet channel
- 1212
- Auslasskanalexhaust port
- 1313
- Abtriebswelleoutput shaft
- 1414
- Antriebswelledrive shaft
- 1515
- Gehäusecasing
- 1616
- Lagercamp
- 1717
- Pumpenraumpump room
- 1818
- berührungslose Dichtungnon-contact seal
- 19, 32, 3319, 32, 33
- VentilValve
- 2020
- Steuervorrichtungcontrol device
- 21, 2221, 22
- strömungsleitende Verbindungflow-conducting connection
- 2323
- Bohrungdrilling
- 2424
- Thermostatventilthermostatic valve
- 2525
- Getriebetransmission
- 2626
- Ausgleichsbehältersurge tank
- 27, 3127, 31
- Wärmetauscherheat exchangers
- 2828
- Dichtungpoetry
- 2929
- Gleitlagerbearings
- 3030
- Kupplungclutch
- 3434
- Rückschlagventilcheck valve
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- Drosselthrottle
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