EP3483406B1 - Kühlkreislauf für eine antriebseinheit eines kraftfahrzeuges - Google Patents

Kühlkreislauf für eine antriebseinheit eines kraftfahrzeuges Download PDF

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EP3483406B1
EP3483406B1 EP18205154.0A EP18205154A EP3483406B1 EP 3483406 B1 EP3483406 B1 EP 3483406B1 EP 18205154 A EP18205154 A EP 18205154A EP 3483406 B1 EP3483406 B1 EP 3483406B1
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EP
European Patent Office
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cooler
radiator
fluid
connection
temperature
Prior art date
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EP18205154.0A
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Jörg Ohlhoff
Mirko Arndt
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication date
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    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
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    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • F28F27/02—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus for controlling the distribution of heat-exchange media between different channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01P2003/182—Arrangements or mounting of liquid-to-air heat-exchangers with multiple heat-exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01P2007/146—Controlling of coolant flow the coolant being liquid using valves
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01P2025/00—Measuring
    • F01P2025/08—Temperature

Definitions

  • the invention relates to a cooling circuit for a drive unit of a motor vehicle.
  • a cooling circuit with a coolant cooler and a low-temperature coolant cooler is known.
  • a valve is provided through which a plurality of coolant flows can be interconnected in different ways.
  • a coolant circuit which has a coolant / air cooler, an oil / coolant heat exchanger and a valve device.
  • the document WO 2004/063543 A2 discloses a cooling circuit with a main cooling circuit and a low-temperature circuit.
  • the main cooling circuit has a main cooler
  • the low-temperature circuit has a low-temperature cooler and a valve unit.
  • Such coolers form channels through which a fluid to be cooled can flow and which are provided with ribs to improve the heat transfer.
  • a gas for example air, airflow
  • a cooling circuit is to be proposed that has a compact structure and enables different interconnection of fluid flows.
  • a cooling circuit of a drive unit of a motor vehicle is proposed.
  • the drive unit is in particular at least one internal combustion engine and / or at least an electric machine.
  • the drive unit is preferably provided for driving the motor vehicle.
  • the cooling circuit has at least one high-temperature circuit which is connected via a first inlet connection and a first outlet connection to a first cooler for passing a first fluid through the first cooler.
  • the cooling circuit also has a low-temperature circuit, which can be connected via a second inlet connection and a second outlet connection to a second cooler for passing a second fluid through the second cooler.
  • the first cooler and the second cooler are connected to one another and, in particular, are arranged in a common housing.
  • the second inlet connection and the second outlet connection are connected to the second cooler via a bypass valve.
  • the second fluid can be diverted from the second inflow connection to the second outflow connection via the bypass valve, bypassing the second cooler.
  • the first fluid conveyed in the high-temperature circuit has at least on average a higher temperature (at least 5 degrees Celsius) than the second fluid conveyed in the low-temperature circuit (at least during operation of the drive unit).
  • the first cooler and the second cooler form, in particular, a so-called “combination cooler” (a combination cooler) which has two inlet connections and two outlet connections.
  • the first cooler and the second cooler can be arranged in a common housing, with a (direct) fluidic connection between the first cooler and the second cooler preferably not being provided. It is possible that the first cooler and the second cooler are connected to one another via a connection, this connection then being provided (exclusively) for reducing thermal voltages.
  • the exchange of fluid made possible via the connection between the first cooler and the second cooler can be designed to be limited for a fluid flow so that it does not exceed 5%, in particular a maximum of 1%, of the (maximum) flowing through the first cooler or through the second cooler. Fluid flow is.
  • a (first or second) fluid in particular cooling water, possibly also oil) can flow through the coolers, the fluid in the coolers being able to be acted upon by an air stream for cooling.
  • the second cooler is arranged below the first cooler (with regard to gravity and the installation of the cooler in a motor vehicle).
  • a first fluid flows through the first cooler from top to bottom (with regard to gravity and the installation of the cooler in a motor vehicle), the first inlet connection and the first outlet connection being arranged on one side of the first cooler.
  • the second fluid can be diverted from the second inflow connection to the second outflow connection via the bypass valve, bypassing the second cooler.
  • the bypass valve can be controlled and operated in particular via a control device. If the bypass valve is switched in such a way that the second cooler is bypassed, the second fluid can reach a specified minimum temperature more quickly (e.g. after a cold start of the drive unit). If the minimum temperature is reached, the bypass valve can be switched so that the second fluid is passed through the second cooler.
  • the bypass valve can preferably be arranged directly on the second cooler. “Immediately” can mean that no line is provided between the second cooler and the bypass valve, which line itself is to be connected to the second cooler and / or the bypass valve.
  • the bypass valve can have a second inlet connection and a second outlet connection for integrating the second cooler into the second cooling circuit.
  • the bypass valve can have a first connection and a second connection for connecting the bypass valve to the second cooler.
  • the second fluid can be conveyed via a (third) line section to the second inlet connection (e.g. via a (second) pump, in particular an electrically operated low-temperature pump.
  • the second fluid can either be fed directly via a bypass flow
  • the second fluid can flow into the second cooler via the first connection, flow through the second cooler and leave the second cooler via the second connection.
  • the second fluid can then flow into the bypass valve and be passed on to the second drain connection and into the fourth line section.
  • the bypass valve can be arranged such that the second fluid can flow through the second cooler from bottom to top (in relation to gravity and the installation of the cooler in a motor vehicle).
  • This flow through the second cooler has made possible a surprising improvement in the cooling performance in the present arrangement.
  • no or at least less air collects in the second cooler, which is also discharged more quickly from the second cooler as a result of the flow through from bottom to top.
  • Air in the cooler can reduce the heat transfer in the cooler, at least in comparison with water as the second fluid, so that the cooling performance would be reduced.
  • first connection and the second connection are arranged laterally on the second cooler.
  • first connection is arranged below the second connection (with regard to gravity and the installation in a motor vehicle).
  • the second connection can be arranged above the second drain connection (with regard to the force of gravity and the installation in a motor vehicle).
  • the bypass valve can be arranged on the second cooler via at least one plug connection.
  • the bypass valve is connected to the first connection and / or to the second connection via (each) a plug connection to the second cooler or to the housing of the cooler.
  • the second cooler can be arranged with the first cooler in a common housing and (completely) below the first cooler.
  • the first cooler has no fluidic connection for the first fluid or the second fluid to the second cooler.
  • only the already mentioned connection for reducing thermal voltages is provided, and only an insignificant fluid flow can flow between the coolers via this connection.
  • the high-temperature circuit and the low-temperature circuit are fluidically connected to one another only outside the cooler via an expansion tank.
  • the first fluid and the second fluid are fluids of the same type.
  • the minimum temperature can be between 30 and 40 degrees Celsius.
  • the minimum temperature can be specified via a control device and the temperature can be monitored via the control device.
  • the bypass valve can be actuated via the control device as a function of the temperature.
  • the temperature can be measured via sensors and / or computed or determined by means of a control device or control unit on the basis of the current operating points of the motor vehicle or cooling circuit.
  • a motor vehicle is also proposed with a drive unit for driving the motor vehicle, a control device and an already described cooling circuit, the drive unit being able to be cooled via the high-temperature cooling circuit.
  • the control device is designed and / or set up in a suitable manner for carrying out the method proposed here.
  • first primarily (only) serve to distinguish between several similar objects, sizes or processes, i.e. in particular no dependency and / or sequence of these objects, sizes or prescribe processes to each other. Should a dependency and / or sequence be required, this is explicitly stated here or it is obvious to a person skilled in the art when studying the specifically described embodiment.
  • the Fig. 1 shows a motor vehicle 3 with a cooling circuit 1.
  • the motor vehicle 3 comprises a drive unit 2 (e.g. an internal combustion engine) for driving the motor vehicle 3, a control device 18 and a cooling circuit 1.
  • the drive unit 2 e.g. . Cylinder head of an internal combustion engine or power unit of an electrical machine
  • a third cooler 22 for example a water-cooled charge air cooler of an internal combustion engine or, in the case of an electric machine as drive unit 2, a battery cooling unit
  • the cooling circuit 1 has a high-temperature circuit 4, which is connected via a first inlet connection 5 and a first outlet connection 6 to a first cooler 7 for passing a first fluid through the first cooler 7.
  • the cooling circuit 1 also has a low-temperature circuit 8, which can be connected via a second inlet connection 9 and a second outlet connection 10 to a second cooler 11 for the passage of a second fluid through the second cooler 11.
  • the first cooler 7 and the second cooler 11 are connected to one another and arranged in a common housing 14.
  • the second inlet connection 9 and the second outlet connection 10 are connected to the second cooler 11 via a bypass valve 12.
  • the second fluid can be diverted from the second inflow connection 9 to the second outflow connection 10 via the bypass valve 12, bypassing the second cooler 11.
  • the first cooler 7 and the second cooler 11 form a so-called “combination cooler” (a combination cooler) which has two inlet connections 5, 9 and two outlet connections 6, 10.
  • the second cooler 11 is arranged below the first cooler 7 (in relation to the force of gravity 35 and the installation in a motor vehicle 3).
  • the second fluid can be diverted from the second inflow connection 9 to the second outflow connection 10 via the bypass valve 12, bypassing the second cooler 11.
  • the bypass valve 12 can be controlled and operated via the control device 18.
  • the high-temperature circuit 4 and the low-temperature circuit 8 are fluidically connected to one another outside of the coolers 7, 11 via an expansion tank 15.
  • the high-temperature circuit 4 here comprises, starting from the drive unit 2 and along the direction of flow of the first fluid, a first cooler inlet 21, branching off therefrom a first vent line 20, which connects the first cooler inlet 21 to the expansion tank 15, the first cooler 7, and a first cooler return 23 and a first pump 29 (motor main water pump) for pumping the first fluid.
  • the first cooler flow 21 is connected to the first cooler 7 via the first inlet connection 5.
  • the first cooler return 23 is connected to the first cooler 7 via the first drain connection 6.
  • the low-temperature circuit 8 here comprises, starting from the third cooler 22 and along the direction of flow of the second fluid, a first line section 25, which connects the third cooler 22 to a second pump 30 (electrical low-temperature pump), a third line section 27, the bypass valve 12, the bypass feed line 24 or the second cooler 11 and a fourth line section 28.
  • a second line section 26 branches off from the first line section 25 and connects the first line section 25 to the expansion tank 15. Compared to the force of gravity 35, the expansion tank 15 is arranged above the cooling circuit 1 or above the high-temperature circuit 4 and the low-temperature circuit 8.
  • the second fluid is conveyed via the second pump 30 into a third line section 27, which is connected to the second inlet connection 9 on the bypass valve 12.
  • the fourth line section 28, via which the bypass valve 12 is connected to the third cooler 22, is connected to the second outlet connection 10 of the bypass valve 12.
  • Fig. 2 shows the first cooler 7 and the second cooler 11 in a common housing 14.
  • a first fluid flows through the first cooler 7 from top to bottom, the first inlet connection 5, to which the first cooler inlet 21 is connected, and the first outlet connection 6, to which the first cooler return 23 is connected, (one below the other) one side of the first cooler 7 are arranged.
  • the bypass valve 12 is arranged in such a way that the second fluid can flow through the second cooler 11 from bottom to top.
  • the first connection 31 and the second connection 32, for connecting the bypass valve 12 to the second cooler 11 or to the housing 14, are arranged on the side of the second cooler 11.
  • the first connection 31 is arranged below the second connection 32.
  • the second cooler 11 is arranged with the first cooler 7 in a common housing 14 and the second cooler 11 is arranged completely below the first cooler 7.
  • the first cooler 7 and the second cooler 11 are arranged fluidically separated from one another by a separating region 19.
  • Fig. 3 shows a bypass valve 12 in a first switching state 33 in a perspective view.
  • Fig. 4 shows the bypass valve 12 after Fig. 3 in a second switching state 34 in a perspective view.
  • the Figures 3 and 4 are described together below.
  • the bypass valve 12 can be arranged with the connections 31, 32 directly on the second cooler 11. Directly means here that no lines are provided between the second cooler 11 and the bypass valve 12, which lines themselves are to be connected to the second cooler 11 and / or the bypass valve 12.
  • the bypass valve 12 has a second inlet connection 9, on which a third line section 27 can be arranged, and a second outlet connection 10, on which a fourth line section 28 can be arranged, for integrating the second cooler 11 into the second cooling circuit 8.
  • the bypass valve 12 also has a first connection 31 and a second connection 32 for connecting the bypass valve 12 to the second cooler 11.
  • the second fluid can therefore be conveyed to the second inlet connection 9 via a third line section 27.
  • the second fluid can either be fed via a bypass flow line 24 directly to the second drain port 10 and into a fourth line section (see FIG Fig. 3 , first switching state 33) or alternatively to the first connection 31 (see Fig. 4 , second switching state 34).
  • the second fluid can flow into the second cooler 11 via the first connection 31, flow through the second cooler 11 and leave the second cooler 11 via the second connection 32.
  • the second fluid can then flow into the bypass valve 12 via the second connection 32 and be passed on to the second drain connection 10 and into the fourth line section 28.
  • the bypass valve 12 can be arranged on the second cooler 11 via plug connections 13.
  • the bypass valve 12 is connected to the first connection 31 and to the second connection 32 are connected to the second cooler 11 or to the housing 14 of the coolers 7, 11 via a plug connection 13 in each case.
  • a step i. detects a temperature 16 of the second fluid and, if the temperature 16 is below a minimum temperature 17, in a step ii. the bypass valve 12 is actuated and the second fluid is conducted from the second inlet connection 9 to the second outlet connection 10 via a bypass supply line 24, bypassing the second cooler 11 (first switching state 33). If the temperature 16 has reached the minimum temperature 17 or above, in a step iii. the bypass valve 12 is actuated and the second fluid is conducted from the second inlet connection 9 via the first connection 31 and via the second cooler 11 and via the second connection 32 to the second outlet connection 10 (second switching state 34).
  • the minimum temperature 17 can be specified via a control device 18 and the temperature 16 can be monitored via the control device 18.
  • the bypass valve 12 can be actuated via the control device 18 as a function of the temperature 16.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kühlkreislauf für eine Antriebseinheit eines Kraftfahrzeuges.
  • Aus der EP 0 861 368 B1 ist ein Kühlkreislauf mit einem Kühlmittelkühler und einem Niedertemperaturkühlmittelkühler bekannt. Zur Regelung der Kühlleistung des Kühlkreislaufs ist ein Ventil vorgesehen, durch das mehrere Kühlmittelströme unterschiedlich miteinander verschaltbar sind.
  • Aus dem Dokument WO 2009/059684 A2 ist weiterhin ein Kühlmittelkreislauf bekannt, welcher einen Kühlmittel/Luft-Kühler, einen Öl/Kühlmittel-Wärmetauscher sowie eine Ventilvorrichtung aufweist.
  • Das Dokument WO 2004/063543 A2 offenbart einen Kühlkreislauf mit einem Hauptkühlkreislauf und einem Niedertemperaturkreis. Der Hauptkühlkreislauf weist einen Hauptkühler, der Niedertemperaturkreis weist einen Niedertemperaturkühler sowie eine Ventileinheit auf.
  • Derartige Kühler bilden einerseits für ein zu kühlendes Fluid durchströmbare Kanäle, die mit Rippen zur Verbesserung der Wärmeübertragung versehen sind. Andererseits werden die Kanäle bzw. die Rippen von einem Gas (z. B. Luft, Fahrtwind) überströmt, so dass eine Kühlung des in einem Kühlkreislauf zirkulierenden Fluids erfolgen kann.
  • Es besteht ein ständiges Bedürfnis, die Kühlkreisläufe in Kraftfahrzeugen möglichst einfach und kompakt zu gestalten, wobei eine möglichst flexible Zusammenschaltung von Fluidströmen zur Einstellung der Temperatur eines Fluidstroms in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt des Kraftfahrzeuges bzw. einer Antriebseinheit ermöglicht werden soll.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik angeführten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Kühlkreislauf vorgeschlagen werden, der kompakt aufgebaut ist und eine unterschiedliche Verschaltung von Fluidströmen ermöglicht.
  • Zur Lösung dieser Aufgaben trägt ein Kühlkreislauf mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 bei. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
  • Es wird ein Kühlkreislauf einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeuges vorgeschlagen. Die Antriebseinheit ist insbesondere zumindest eine Verbrennungskraftmaschine und/oder mindestens eine elektrische Maschine. Die Antriebseinheit ist bevorzugt zum Antrieb des Kraftfahrzeuges vorgesehen.
  • Der Kühlkreislauf weist zumindest einen Hochtemperaturkreislauf auf, der über einen ersten Zulaufanschluss und einen ersten Ablaufanschluss mit einem ersten Kühler zur Durchleitung eines ersten Fluids durch den ersten Kühler verbunden ist. Der Kühlkreislauf weist weiter einen Niedertemperaturkreislauf auf, der über einen zweiten Zulaufanschluss und einen zweiten Ablaufanschluss mit einem zweiten Kühler zur Durchleitung eines zweiten Fluids durch den zweiten Kühler verbindbar ist. Der erste Kühler und der zweite Kühler sind miteinander verbunden und insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Der zweite Zulaufanschluss und der zweite Ablaufanschluss sind über ein Bypass-Ventil mit dem zweiten Kühler verbunden. Über das Bypass-Ventil ist das zweite Fluid von dem zweiten Zulaufanschluss hin zu dem zweiten Ablaufanschluss unter Umgehung des zweiten Kühlers umleitbar.
  • Das in dem Hochtemperaturkreislauf geförderte erste Fluid weist zumindest durchschnittlich eine höhere Temperatur auf (mindestens 5 Grad Celsius) als das in dem Niedertemperaturkreislauf geförderte zweite Fluid (zumindest während eines Betriebs der Antriebseinheit).
  • Der erste Kühler und der zweite Kühler bilden insbesondere einen sogenannten "Kombokühler" (einen Kombinationskühler), der zwei Zulaufanschlüsse und zwei Ablaufanschlüsse aufweist. Der erste Kühler und der zweite Kühler können dazu in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein, wobei eine (direkte) strömungstechnische Verbindung zwischen dem ersten Kühler und dem zweiten Kühler bevorzugt nicht vorgesehen ist. Möglich ist, dass der erste Kühler und der zweite Kühler über eine Verbindung miteinander verbunden sind, wobei diese Verbindung dann (ausschließlich) zur Reduktion von Thermospannungen vorgesehen ist. Der über die Verbindung ermöglichte Austausch von Fluid zwischen dem ersten Kühler und dem zweiten Kühler kann für einen Fluidstrom so begrenzt ausgelegt sein, dass dieser höchstens 5 %, insbesondere höchstens 1 %, des durch den ersten Kühler oder durch den zweiten Kühler strömenden (maximalen) Fluidstroms beträgt.
  • Die Kühler können jeweils von einem (ersten bzw. zweiten) Fluid (insbesondere Kühlwasser, möglicherweise auch Öl) durchströmt werden, wobei das Fluid in den Kühlern durch einen Luftstrom zur Kühlung beaufschlagbar ist.
  • Insbesondere ist der zweite Kühler unterhalb des ersten Kühlers angeordnet (in Bezug auf die Schwerkraft und den Verbau der Kühler in einem Kraftfahrzeug).
  • Insbesondere wird der erste Kühler von einem ersten Fluid von oben nach unten (in Bezug auf die Schwerkraft und den Verbau der Kühler in einem Kraftfahrzeug) durchströmt, wobei der erste Zulaufanschluss und der erste Ablaufanschluss an einer Seite des ersten Kühlers angeordnet sind.
  • Über das Bypass-Ventil kann das zweite Fluid von dem zweiten Zulaufanschluss hin zu dem zweiten Ablaufanschluss unter Umgehung des zweiten Kühlers umgeleitet werden. Das Bypass-Ventil ist insbesondere über eine Steuervorrichtung ansteuerbar und betätigbar. Wird das Bypass-Ventil so geschaltet, dass der zweite Kühler umgangen wird, kann das zweite Fluid (z. B. nach einem Kaltstart der Antriebseinheit) schneller eine vorgesehene Mindesttemperatur erreichen. Wird die Mindesttemperatur erreicht, kann das Bypass-Ventil so geschaltet werden, dass das zweite Fluid durch den zweiten Kühler geleitet wird.
  • Bevorzugt kann das Bypass-Ventil unmittelbar an dem zweiten Kühler angeordnet sein. "Unmittelbar" kann bedeuten, dass keine Leitung zwischen dem zweiten Kühler und dem Bypass-Ventil vorgesehen ist, die selber mit dem zweiten Kühler und/oder dem Bypass-Ventil zu verbinden ist. Insbesondere kann das Bypass-Ventil einen zweiten Zulaufanschluss und einen zweiten Ablaufanschluss zur Einbindung des zweiten Kühlers in den zweiten Kühlkreislauf aufweisen. Das Bypass-Ventil kann einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss zur Verbindung des Bypass-Ventils mit dem zweiten Kühler aufweisen.
  • Das zweite Fluid kann über einen (dritten) Leitungsabschnitt zu dem zweiten Zulaufanschluss (z. B. über eine (zweite) Pumpe, insbesondere eine elektrisch betriebene Niedertemperaturpumpe, hin gefördert werden. Innerhalb des Bypass-Ventils kann das zweite Fluid entweder über einen Bypassvorlauf direkt zu dem zweiten Ablaufanschluss und in einen vierten Leitungsabschnitt weitergeleitet werden oder alternativ hin zu dem ersten Anschluss. Über den ersten Anschluss kann das zweite Fluid in den zweiten Kühler einströmen, den zweiten Kühler durchströmen und den zweiten Kühler über den zweiten Anschluss verlassen. Über den zweiten Anschluss kann das zweite Fluid dann in das Bypass-Ventil einströmen und weiter zum zweiten Ablaufanschluss und in den vierten Leitungsabschnitt geleitet werden.
  • Das Bypass-Ventil kann so angeordnet sein, dass der zweite Kühler von dem zweiten Fluid von unten nach oben (in Bezug auf die Schwerkraft und den Verbau der Kühler in einem Kraftfahrzeug) durchströmbar ist. Diese Durchströmung des zweiten Kühlers hat bei der vorliegenden Anordnung eine überraschende Verbesserung der Kühlleistung ermöglicht. Insbesondere kann sich so keine oder zumindest weniger Luft im zweiten Kühler ansammeln, die im Übrigen infolge der Durchströmung von unten nach oben auch schneller aus dem zweiten Kühler ausgetragen wird. Luft im Kühler kann zumindest im Vergleich mit Wasser als zweites Fluid die Wärmeübertragung im Kühler verringern, so dass damit die Kühlleistung gesenkt werden würde.
  • Insbesondere sind der erste Anschluss und der zweite Anschluss seitlich an dem zweiten Kühler angeordnet. Insbesondere ist der erste Anschluss unterhalb von dem zweiten Anschluss angeordnet (in Bezug auf die Schwerkraft und den Verbau in einem Kraftfahrzeug).
  • Der zweite Anschluss kann (in Bezug auf die Schwerkraft und den Verbau in einem Kraftfahrzeug) oberhalb des zweiten Ablaufanschlusses angeordnet sein.
  • Das Bypass-Ventil kann an dem zweiten Kühler über zumindest eine Steckverbindung angeordnet sein. Insbesondere ist das Bypass-Ventil mit dem ersten Anschluss und/oder mit dem zweiten Anschluss über (jeweils) eine Steckverbindung mit dem zweiten Kühler bzw. mit dem Gehäuse der Kühler verbunden.
  • Der zweite Kühler kann mit dem ersten Kühler in einem gemeinsamen Gehäuse und (vollständig) unterhalb des ersten Kühlers angeordnet sein.
  • Insbesondere weist der erste Kühler keine strömungstechnische Verbindung für das erste Fluid oder das zweite Fluid hin zu dem zweiten Kühler auf. Insbesondere ist nur die bereits erwähnte Verbindung zur Reduktion von Thermospannungen vorgesehen, wobei über diese Verbindung ein nur unwesentlicher Fluidstrom zwischen den Kühlern strömen kann.
  • Insbesondere sind der Hochtemperaturkreislauf und der Niedertemperaturkreislauf ausschließlich außerhalb der Kühler über einen Ausgleichsbehälter strömungstechnisch miteinander verbunden. Insbesondere sind also das erste Fluid und das zweite Fluid gleichartige Fluide.
  • Es wird weiter ein Verfahren zum Betrieb eines bereits beschriebenen Kühlkreislaufs in einem Kraftfahrzeug vorgeschlagen, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst:
    1. i. Erfassen einer Temperatur des zweiten Fluids;
      und, wenn die Temperatur unterhalb einer Mindesttemperatur liegt,
    2. ii. Betätigen des Bypass-Ventils und Umleiten des zweiten Fluids von dem zweiten Zulaufanschluss hin zu dem zweiten Ablaufanschluss (über einen Bypass-Vorlauf) unter Umgehung des zweiten Kühlers;
      wobei, wenn die Temperatur die Mindesttemperatur erreicht hat oder darüber liegt,
    3. iii. Betätigen des Bypass-Ventils und Durchleiten des zweiten Fluids von dem zweiten Zulaufanschluss (über den ersten Anschluss und) über den zweiten Kühler (und über den zweiten Anschluss) hin zu dem zweiten Ablaufanschluss.
  • Die Mindesttemperatur kann zwischen 30 und 40 Grad Celsius betragen. Die Mindesttemperatur kann über eine Steuervorrichtung vorgegeben und die Temperatur über die Steuervorrichtung überwacht werden. Weiter kann das Bypass-Ventil über die Steuervorrichtung in Abhängigkeit von der Temperatur betätigt werden. Die Temperatur kann über Sensoren gemessen und/oder mittels einer Steuervorrichtung oder Kontrolleinheit anhand der durchlaufenden bzw. vorliegenden Betriebspunkte des Kraftfahrzeuges bzw. Kühlkreislaufs rechnerisch errechnet oder bestimmt werden.
  • Es wird weiter ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebseinheit zum Antrieb des Kraftfahrzeuges, einer Steuervorrichtung und einem bereits beschriebenen Kühlkreislauf vorgeschlagen, wobei über den Hochtemperaturkühlkreislauf die Antriebseinheit kühlbar ist. Die Steuervorrichtung ist zur Durchführung des hier vorgeschlagenen Verfahrens geeignet ausgeführt und/oder eingerichtet.
  • Die Ausführungen zu dem Kühlkreislauf gelten gleichermaßen für das Verfahren und das Kraftfahrzeug und umgekehrt.
  • Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter ("erste", "zweite", ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    ein Kraftfahrzeug mit einem Kühlkreislauf;
    Fig. 2:
    die Kühler in einem gemeinsamen Gehäuse;
    Fig. 3:
    ein Bypass-Ventil in einem ersten Schaltzustand in einer perspektivischen Ansicht; und
    Fig. 4:
    das Bypass-Ventil nach Fig. 3 in einem zweiten Schaltzustand in einer perspektivischen Ansicht.
  • Die Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 3 mit einem Kühlkreislauf 1. Das Kraftfahrzeug 3 umfasst eine Antriebseinheit 2 (z. B. eine Verbrennungskraftmaschine) zum Antrieb des Kraftfahrzeuges 3, eine Steuervorrichtung 18 und einen Kühlkreislauf 1. Über einen Hochtemperaturkühlkreislauf 4 ist die Antriebseinheit 2 (z. B. Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine oder Leistungsteil einer elektrischen Maschine) kühlbar. Über den Niedertemperaturkreislauf 8 ist ein dritter Kühler 22 (z. B. ein wassergekühlter Ladeluftkühler einer Verbrennungskraftmaschine oder, im Falle einer elektrischen Maschine als Antriebseinheit 2, eine Batteriekühleinheit) kühlbar.
  • Der Kühlkreislauf 1 weist einen Hochtemperaturkreislauf 4 auf, der über einen ersten Zulaufanschluss 5 und einen ersten Ablaufanschluss 6 mit einem ersten Kühler 7 zur Durchleitung eines ersten Fluids durch den ersten Kühler 7 verbunden ist. Der Kühlkreislauf 1 weist weiter einen Niedertemperaturkreislauf 8 auf, der über einen zweiten Zulaufanschluss 9 und einen zweiten Ablaufanschluss 10 mit einem zweiten Kühler 11 zur Durchleitung eines zweiten Fluids durch den zweiten Kühler 11 verbindbar ist. Der erste Kühler 7 und der zweite Kühler 11 sind miteinander verbunden und in einem gemeinsamen Gehäuse 14 angeordnet. Der zweite Zulaufanschluss 9 und der zweite Ablaufanschluss 10 sind über ein Bypass-Ventil 12 mit dem zweiten Kühler 11 verbunden. Über das Bypass-Ventil 12 ist das zweite Fluid von dem zweiten Zulaufanschluss 9 hin zu dem zweiten Ablaufanschluss 10 unter Umgehung des zweiten Kühlers 11 umleitbar.
  • Der erste Kühler 7 und der zweite Kühler 11 bilden einen sogenannten "Kombokühler" (einen Kombinationskühler), der zwei Zulaufanschlüsse 5, 9 und zwei Ablaufanschlüsse 6, 10 aufweist.
  • Der zweite Kühler 11 ist unterhalb des ersten Kühlers 7 angeordnet (in Bezug auf die Schwerkraft 35 und den Verbau in einem Kraftfahrzeug 3).
  • Über das Bypass-Ventil 12 kann das zweite Fluid von dem zweiten Zulaufanschluss 9 hin zu dem zweiten Ablaufanschluss 10 unter Umgehung des zweiten Kühlers 11 umgeleitet werden. Das Bypass-Ventil 12 ist über die Steuervorrichtung 18 ansteuerbar und betätigbar.
  • Der Hochtemperaturkreislauf 4 und der Niedertemperaturkreislauf 8 sind ausschließlich außerhalb der Kühler 7, 11 über einen Ausgleichsbehälter 15 strömungstechnisch miteinander verbunden.
  • Der Hochtemperaturkreislauf 4 umfasst hier, ausgehend von der Antriebseinheit 2 und entlang der Strömungsrichtung des ersten Fluids, einen ersten Kühlervorlauf 21, davon abzweigend eine erste Entlüftungsleitung 20, die den ersten Kühlervorlauf 21 mit dem Ausgleichsbehälter 15 verbindet, den ersten Kühler 7, einen ersten Kühlerrücklauf 23 sowie eine erste Pumpe 29 (Motor-Hauptwasserpumpe) zum Fördern des ersten Fluids. Der erste Kühlervorlauf 21 ist mit dem ersten Kühler 7 über den ersten Zulaufanschluss 5 verbunden. Der erste Kühlerrücklauf 23 ist über den ersten Ablaufanschluss 6 mit dem ersten Kühler 7 verbunden.
  • Der Niedertemperaturkreislauf 8 umfasst hier, ausgehend von dem dritten Kühler 22 und entlang der Strömungsrichtung des zweiten Fluids, einen ersten Leitungsabschnitt 25, der den dritten Kühler 22 mit einer zweiten Pumpe 30 (elektrische Niedertemperaturpumpe) verbindet, einen dritten Leitungsabschnitt 27, das Bypass-Ventil 12, den Bypass-Vorlauf 24 oder den zweiten Kühler 11 sowie einen vierten Leitungsabschnitt 28.
  • Von dem ersten Leitungsabschnitt 25 zweigt ein zweiter Leitungsabschnitt 26 ab, der den ersten Leitungsabschnitt 25 mit dem Ausgleichsbehälter 15 verbindet. Der Ausgleichsbehälter 15 ist gegenüber der Schwerkraft 35 oberhalb des Kühlkreislaufs 1 angeordnet bzw. oberhalb des Hochtemperaturkreislaufs 4 und des Niedertemperaturkreislaufs 8.
  • Über die zweite Pumpe 30 wird das zweite Fluid in einen dritten Leitungsabschnitt 27 gefördert, der mit dem zweiten Zulaufanschluss 9 an dem Bypass-Ventil 12 verbunden ist. An dem zweiten Ablaufanschluss 10 des Bypass-Ventils 12 ist der vierte Leitungsabschnitt 28 angebunden, über den das Bypass-Ventil 12 mit dem dritten Kühler 22 verbunden ist.
  • Fig. 2 zeigt den ersten Kühler 7 und den zweiten Kühler 11 in einem gemeinsamen Gehäuse 14. Der erste Kühler 7 wird von einem ersten Fluid von oben nach unten durchströmt, wobei der erste Zulaufanschluss 5, an dem der erste Kühlervorlauf 21 angeschlossen ist, und der erste Ablaufanschluss 6, an dem der erste Kühlerrücklauf 23 angeschlossen ist, (untereinander) an einer Seite des ersten Kühlers 7 angeordnet sind. Das Bypass-Ventil 12 ist so angeordnet, dass der zweite Kühler 11 von dem zweiten Fluid von unten nach oben durchströmbar ist. Der erste Anschluss 31 und der zweite Anschluss 32, zur Anbindung des Bypass-Ventils 12 an dem zweiten Kühler 11 bzw. an dem Gehäuse 14, sind seitlich an dem zweiten Kühler 11 angeordnet. Der erste Anschluss 31 ist unterhalb von dem zweiten Anschluss 32 angeordnet. Der zweite Kühler 11 ist mit dem ersten Kühler 7 in einem gemeinsamen Gehäuse 14 und der zweite Kühler 11 vollständig unterhalb des ersten Kühlers 7 angeordnet. Der erste Kühler 7 und der zweite Kühler 11 sind durch einen Trennbereich 19 voneinander strömungstechnisch getrennt angeordnet.
  • Fig. 3 zeigt ein Bypass-Ventil 12 in einem ersten Schaltzustand 33 in einer perspektivischen Ansicht. Fig. 4 zeigt das Bypass-Ventil 12 nach Fig. 3 in einem zweiten Schaltzustand 34 in einer perspektivischen Ansicht. Die Fig. 3 und 4 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
  • Das Bypass-Ventil 12 kann mit den Anschlüssen 31, 32 unmittelbar an dem zweiten Kühler 11 angeordnet werden. Unmittelbar heißt hier, dass keine Leitungen zwischen dem zweiten Kühler 11 und dem Bypass-Ventil 12 vorgesehen sind, die selber mit dem zweiten Kühler 11 und/oder dem Bypass-Ventil 12 zu verbinden sind. Das Bypass-Ventil 12 weist einen zweiten Zulaufanschluss 9, an dem ein dritter Leitungsabschnitt 27 anordenbar ist, und einen zweiten Ablaufanschluss 10, an dem ein vierter Leitungsabschnitt 28 anordenbar ist, zur Einbindung des zweiten Kühlers 11 in den zweiten Kühlkreislauf 8 auf. Weiter weist das Bypass-Ventil 12 einen ersten Anschluss 31 und einen zweiten Anschluss 32 zur Verbindung des Bypass-Ventils 12 mit dem zweiten Kühler 11 auf.
  • Das zweite Fluid kann also über einen dritten Leitungsabschnitt 27 zu dem zweiten Zulaufanschluss 9 hin gefördert werden. Innerhalb des Bypass-Ventils 12 kann das zweite Fluid entweder über einen Bypassvorlauf 24 direkt zu dem zweiten Ablaufanschluss 10 und in einen vierten Leitungsabschnitt (siehe Fig. 3, erster Schaltzustand 33) weitergeleitet werden oder alternativ hin zu dem ersten Anschluss 31 (siehe Fig. 4, zweiter Schaltzustand 34). Über den ersten Anschluss 31 kann das zweite Fluid in den zweiten Kühler 11 einströmen, den zweiten Kühler 11 durchströmen und den zweiten Kühler 11 über den zweiten Anschluss 32 verlassen. Über den zweiten Anschluss 32 kann das zweite Fluid dann in das Bypass-Ventil 12 einströmen und weiter zum zweiten Ablaufanschluss 10 und in den vierten Leitungsabschnitt 28 geleitet werden.
  • Das Bypass-Ventil 12 kann an dem zweiten Kühler 11 über Steckverbindungen 13 angeordnet werden. Hier wird das Bypass-Ventil 12 mit dem ersten Anschluss 31 und mit dem zweiten Anschluss 32 über jeweils eine Steckverbindung 13 mit dem zweiten Kühler 11 bzw. mit dem Gehäuse 14 der Kühler 7, 11 verbunden.
  • Bei dem Verfahren wird in einem Schritt i. eine Temperatur 16 des zweiten Fluids erfasst und, wenn die Temperatur 16 unterhalb einer Mindesttemperatur 17 liegt, in einem Schritt ii. das Bypass-Ventil 12 betätigt und das zweite Fluid von dem zweiten Zulaufanschluss 9 hin zu dem zweiten Ablaufanschluss 10 über einen Bypass-Vorlauf 24 unter Umgehung des zweiten Kühlers 11 geleitet (erster Schaltzustand 33). Wenn die Temperatur 16 die Mindesttemperatur 17 erreicht hat oder darüber liegt, wird in einem Schritt iii. das Bypass-Ventil 12 betätigt und das zweite Fluid von dem zweiten Zulaufanschluss 9 über den ersten Anschluss 31 und über den zweiten Kühler 11 und über den zweiten Anschluss 32 hin zu dem zweiten Ablaufanschluss 10 geleitet (zweiter Schaltzustand 34). Die Mindesttemperatur 17 kann über eine Steuervorrichtung 18 vorgegeben und die Temperatur 16 über die Steuervorrichtung 18 überwacht werden. Das Bypass-Ventil 12 kann über die Steuervorrichtung 18 in Abhängigkeit von der Temperatur 16 betätigt werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kühlkreislauf
    2
    Antriebseinheit
    3
    Kraftfahrzeug
    4
    Hochtemperaturkreislauf
    5
    erster Zulaufanschluss
    6
    erster Ablaufanschluss
    7
    erster Kühler
    8
    Niedertemperaturkreislauf
    9
    zweiter Zulaufanschluss
    10
    zweiter Ablaufanschluss
    11
    zweiter Kühler
    12
    Bypass-Ventil
    13
    Steckverbindung
    14
    Gehäuse
    15
    Ausgleichsbehälter
    16
    Temperatur
    17
    Mindesttemperatur
    18
    Steuervorrichtung
    19
    Trennbereich
    20
    erste Entlüftungsleitung
    21
    erster Kühlervorlauf
    22
    dritter Kühler
    23
    erster Kühlerrücklauf
    24
    Bypass-Vorlauf
    25
    erster Leitungsabschnitt
    26
    zweiter Leitungsabschnitt
    27
    dritter Leitungsabschnitt
    28
    vierter Leitungsabschnitt
    29
    erste Pumpe
    30
    zweite Pumpe
    31
    erster Anschluss
    32
    zweiter Anschluss
    33
    erster Schaltzustand
    34
    zweiter Schaltzustand

Claims (9)

  1. Kühlkreislauf (1) einer Antriebseinheit (2) eines Kraftfahrzeuges (3), zumindest aufweisend einen Hochtemperaturkreislauf (4), der über einen ersten Zulaufanschluss (5) und einen ersten Ablaufanschluss (6) mit einem ersten Kühler (7) zur Durchleitung eines ersten Fluids durch den ersten Kühler (7) verbunden ist; und einen Niedertemperaturkreislauf (8), der über einen zweiten Zulaufanschluss (9) und einen zweiten Ablaufanschluss (10) mit einem zweiten Kühler (11) zur Durchleitung eines zweiten Fluids durch den zweiten Kühler (11) verbindbar ist; wobei der erste Kühler (7) und der zweite Kühler (11) miteinander verbunden sind; dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zulaufanschluss (9) und der zweite Ablaufanschluss (10) über ein Bypass-Ventil (12) mit dem zweiten Kühler (11) verbunden sind; wobei über das Bypass-Ventil (12) das zweite Fluid von dem zweiten Zulaufanschluss (9) hin zu dem zweiten Ablaufanschluss (10) unter Umgehung des zweiten Kühlers (11) umleitbar ist; wobei das Bypass-Ventil (12) unmittelbar an dem zweiten Kühler (11) angeordnet ist.
  2. Kühlkreislauf (1) nach Patentanspruch 1, wobei das Bypass-Ventil (12) so angeordnet ist, dass der zweite Kühler (11) von dem zweiten Fluid von unten nach oben durchströmbar ist.
  3. Kühlkreislauf (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Bypass-Ventil (12) an dem zweiten Kühler (11) über zumindest eine Steckverbindung (13) angeordnet ist.
  4. Kühlkreislauf (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der zweite Kühler (11) mit dem ersten Kühler (9) in einem gemeinsamen Gehäuse (14) und unterhalb des ersten Kühlers (7) angeordnet ist.
  5. Kühlkreislauf (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der erste Kühler (7) keine strömungstechnische Verbindung für das erste Fluid oder das zweite Fluid zu dem zweiten Kühler (11) aufweist.
  6. Kühlkreislauf (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Hoch temperaturkreislauf (4) und der Niedertemperaturkreislauf (8) ausschließlich außerhalb der Kühler (7, 11) über einen Ausgleichsbehälter (15) strömungstechnisch miteinander verbunden sind.
  7. Verfahren zum Betrieb eines Kühlkreislaufs (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche in einem Kraftfahrzeug, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst:
    i. Erfassen einer Temperatur (16) des zweiten Fluids;
    und, wenn die Temperatur (16) unterhalb einer Mindesttemperatur (17) liegt,
    ii. Betätigen des Bypass-Ventils (12) und Umleiten des zweiten Fluids von dem zweiten Zulaufanschluss (9) hin zu dem zweiten Ablaufanschluss (10) unter Umgehung des zweiten Kühlers (11);
    wobei, wenn die Temperatur (16) die Mindesttemperatur (17) erreicht hat oder darüber liegt,
    iii. Betätigen des Bypass-Ventils (12) und Durchleiten des zweiten Fluids von dem zweiten Zulaufanschluss (9) über den zweiten Kühler (11) hin zu dem zweiten Ablaufanschluss (10).
  8. Verfahren nach Patentanspruch 7, wobei die Mindesttemperatur (17) zwischen 30 und 40 Grad Celsius beträgt.
  9. Kraftfahrzeug (3) mit einer Antriebseinheit (2) zum Antrieb des Kraftfahrzeuges (3), einer Steuervorrichtung (18) und einem Kühlkreislauf (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 6, wobei über den Hochtemperaturkreislauf (4) die Antriebseinheit (2) kühlbar ist; wobei die Steuervorrichtung (18) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Patentansprüche 7 und 8 eingerichtet ist.
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