WO2000004283A1

WO2000004283A1 - Vorrichtung zum kühlen eines motors für ein kraftfahrzeug

Info

Publication number: WO2000004283A1
Application number: PCT/DE1999/000831
Authority: WO
Inventors: Ullrich Hesse; Frank Melzer
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 1998-07-16
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2000-01-27
Also published as: EP1038097A1; DE19831901A1

Abstract

Vorrichtung zum Kühlen eines Motors (10) mit einem in einem grossen Kühlkreislauf (12) angeordneten Kühler (14), einem von einem weiteren Motor (16) angetreibenen Kühlergebläse (18), einer ein Kühlmittel befördernden Pumpe (20) und mindestens einem in einem kleinen Kühlkreislauf (22) angeordneten aktiven Element (24), welches das Kühlmittel durch einen Abzweig (26) von dem grossen Kühlkreislauf (12) in den kleinen Kühlkreislauf (22) am Kühler (14) vorbeileitet. Es wird vorgeschlagen, dass das mindestens eine aktive Element eine zweite Pumpe (24) ist.

Description

Vorrichtung zum Kühlen eines Motors für ein Kraftfahrzeug

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen eines Mo- tors für ein Kraftfahrzeug nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs .

Kühlmittelkreisläufe heutiger Kraftfahrzeuge sind größtenteils mit einer einzigen mechanisch angetriebenen Wasser- pumpe ausgestattet, die in der Regel über einen Riemen mit der Verbrennungsmaschine verbunden ist. Diese direkte Kopplung der Pumpe an den Motor hat zur Folge, daß die Drehzahl des Motors den geförderten Kühlmittelvolumenstrom bestimmt und dadurch die Regelbarkeit des Kühlmittelkreislaufes stark eingeschränkt ist.

Deshalb müssen Wasserpumpen so dimensioniert werden, daß sie selbst im niedrigen Drehzahlbereich und bei hoher Motorbela- stung - beispielsweise bei Bergfahrten mit Anhänger - für eine ausreichende Kühlung sorgen. Der Kühlaufwand im Normal- betrieb ist dann allerdings zu hoch, was zu unnötig hohem Energieverbrauch führt .

Es ist üblich zur genaueren Regelung des Kühlmittelvolumen- Stromes Thermostatventile einzusetzen, über die einzelne Teilkreisläufe angesteuert werden. Solche Ventile sind jedoch bekannt für hohe Druckverluste, das heißt sie verzehren einen wesentlichen Teil der von der Wasserpumpe aufgebrachten hydraulischen Energie. Dies wirkt sich ebenfalls negativ auf den Energieverbrauch bzw. den Wirkungsgrad der Verbrennungsmaschine aus .

Darüberhinaus ist die Regelbarkeit der auf dem Markt erhältlichen Thermostatventile stark eingeschränkt. Die Regelung erfolgt ausschließlich über die Temperatur, die Ventile weisen eine Hysterese auf und Steuereingriffe aus übergeordneten Regelgeräten - wie z.B. einem Motorsteuergerät - sind kaum bzw. nur kostenintensiv möglich. Die Realisierung eines elektrisch geregelten Ventils erfordert einen sehr hohen Aufwand.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß der Energieverlust durch Ventile, insbesondere Thermostatventile, im Kühlkreislauf eines Motors minimiert wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Aufteilung der Kühlmittelströme in einzelne Teilkreisläufe nicht über Thermostatventile als aktive Elemente, son- dem über mindestens eine weitere und zusätzlich zu einer Hauptwasserpumpe betriebenen Pumpe erfolgt.

Der Einsatz solcher Zusatzwasserpumpen ist auch deshalb vorteilhaft, weil die Hauptwasserpumpe durch die Zusatzwasser- pumpe unterstützt wird, die Hauptwasserpumpe somit mit kleinerer Leistung betrieben bzw. kleiner dimensioniert werden kann. Es ist auch möglich mehrere, hinsichtlich ihrer Leistung ähnliche Pumpen im Kühlmittelkreislauf zu benutzen, die ihnen speziell zugeordnete Kühlaufgaben wahrnehmen. Denkbar ist beispielsweise, daß der Zylinderkopf des Motors separat und regelbar gekühlt wird, oder daß einzelne Zylinder von jeweils einer Pumpe mit Kühlmittel versorgt werden. Damit ergibt sich auch die Möglichkeit verschiedene Temperaturniveaus in den Zylindern und im Motorblock gezielt einzustellen.

Durch die Verwendung elektromotorisch betriebener, unabhängiger und von der Drehzahl des Motors unabhängig regelbarer Pumpen gewinnt man den überaus großen Vorteil, daß der Kühlmittelstrom aufgeteilt und die Teilströme je nach der thermischen Belastung des Motors eingestellt werden können. Somit läßt sich eine im Vergleich zu konventionellen Vorrichtungen effizientere und somit auch energiesparendere Form der Motorkühlung realisieren.

Motorkühlkreisläufe sind in der Regel aus mindestens zwei Kreisläufen aufgebaut, einem großen Kühlkreislauf, der die Kühlung des Motors bei Erreichen des normalen Betriebszustandes übernimmt, und einem kleinen Kühlkreislauf, der in der Regel während der Warmlaufphase des Motors betrieben wird und den Kühler umgeht. Nun ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem großen Kühlkreislauf und dem kleinen Kühlkreislauf eine zusätzliche Verbindung besteht, die so gestaltet ist, daß man eine Notlauffunktion erhält. Wenn die das Kühl- mittel befördernde Hauptwasserpumpe ausfällt, dann kann über diese Verbindung der Kühlmittelstrom mit der zweiten Pumpe durch den Kühler aufrechterhalten werden. Außerdem ergibt sich durch diese Verbindung eine zweite Möglichkeit, nämlich die der Erhöhung der Pumpleistung durch den Kühler - also der Kühlleistung - bei gleichzeitigem Betrieb beider Pumpen. Dies kann in kritischen Kühlsituationen bei hoher Motorbelastung von außerordentlich großem Vorteil sein.

Um die Notlauffunktion im Falle eines Versagens der Hauptwasserpumpe bzw. ein paralleles Betreiben beider Pumpen zu aktivieren, ist ein Umschaltventil zur Umschaltung zwischen dem kleinen Kühlkreislauf und der Verbindung angeordnet .

Vorteilhaft ist außerdem, wenn eine einen Wärmetauscher aufweisende Heizeinheit in den kleinen Kühlkreislauf geschaltet ist. Dieser Wärmetauscher dient nicht nur allein der Erwärmung des Fahrzeuginnenraumes, er erfüllt gleichzeitig noch die Funktion eines weiteren Kühlelementes . Somit erhält man auch hier bei Ausfall des eigentlichen Kühlers eine Notkühlung des Motors. Vorzugsweise wird der Wärmetauscher von einem Bypass umgangen, der von einem Umschaltventil beeinflußt wird. Auf diese Weise kann während der Warmlaufphase des Kraftfahrzeugmotors das Kühlmittel an allen Kühleinrichtungen vorbeigeleitet und schnell auf Betriebstemperatur gebracht werden.

Die zusätzlichen Umschaltventile im kleinen Kühlkreislauf sind, was den Energieverlust betrifft - insbesondere gegen- über den bekannten Thermostatventilen - von vernachlässigba- rer Bedeutung, weil durch den kleinen Kühlkreislauf im Normalbetrieb ein wesentlich geringerer Kühlmittelstrom gefördert wird als durch den großen Kühlkreislauf.

Ebenso ist der Einbau einer Rückschlagklappe in den großen

Kühlkreislauf in dieser Hinsicht bedeutungslos, weil dadurch lediglich sichergestellt wird, daß bei Betrieb des kleinen Kreislaufes nicht automatisch auch der große Kühlmittel- kreislauf mitbedient wird.

Weitere Vorteile, die sich aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben, sind folgende: Die Nachheizwärme des Motors kann durch die kleinere Zusatzwasserpumpe abgeführt werden, die im Vergleich zu einem sonst für diese Aufgabe üblichen Kühlergebläse wesentlich leiser arbeitet. Ebenso kann ein Nachheizen des Innenraumes durch die Zusatzwasserpumpe geschehen, was besonders in den Wintermonaten angenehm und mit riemengetriebenen Pumpen nicht möglich ist. Außerdem besteht eine erhöhte Flexibilität was den Einbauort der Hauptwasserpumpe betrifft.

Zeichnung

In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert .

Es zeigen Fig. 1 den schematischen Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels, Fig. 2 den des zweiten Ausführungsbeispiels und Fig. 3 den des dritten Ausführungsbeispiels .

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel zeigt den schematischen Aufbau eines Kühlmittelkreislaufes, der sich in einen großen Kreislauf 12 und einen kleinen Kreis- lauf 22 unterteilt. Im großen Kreislauf 12 ist ein Motor 10, der in der Regel ein Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges ist, sowie ein Kühler 14 angeordnet. Dieser Kühler 14 wird durch den Fahrtwind gekühlt. Ein durch einen weiteren Motor 16 - beispielsweise einen Elektromotor - angetriebenes Kühlergebläse 18 erhöht den Luftdurchsatz um einen vom

Fahrtwind unabhängigen Anteil. Eine Pumpe 20 befördert ein Kühlmittel im großen Kühlkreislauf 12. Sie ist so in diesen integriert, daß das vom Motor 10 erwärmte Kühlmittel zur Abkühlung durch den Kühler 14 transportiert wird. Weiterhin ist als aktives Element eine zweite, schwächere Pumpe 24 vorgesehen, die das Kühlmittel durch einen Abzweig 26 von dem großen Kühlkreislauf 12 in den kleinen Kühlkreislauf 22 leitet, so daß der Weg durch den Kühler 14 umgangen wird. Rückschlagklappen 38, 39 sorgen in jedem Teilkreis dafür, daß das Kühlmittel immer durch den Motor strömt und nicht etwa durch den anderen Teilkreis zurückströmt.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausfuhrungsbeispiel einer erfin- dungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, wobei für gleiche

Merkmale wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 gleiche Bezugszahlen verwendet wurden. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten darin, daß eine Verbindung 28 zwischen dem großen Kühlkreislauf 12 und dem kleinen Kühlkreislauf 22 besteht. Diese Verbindung 28 zweigt stromabwärts der zweiten Pumpe 24 ab und mündet stromaufwärts des Kühlers 24. Zwischen der Verbindung 28 und dem kleinen Kühlkreislauf 22 ist zusätzlich ein Umsehalt entil 30 geschaltet.

Mit dem Umschaltventil 30 eröffnen sich zwei mögliche Be- triebszustände der Kühlvorrichtung. Es kann entweder der kleine Kühlkreislauf 22 geöffnet und somit der Weg über die Verbindung 28 gesperrt werden - das ist der im Normalbetrieb übliche Betriebszustand -, oder umgekehrt der Weg durch die Verbindung 28 geöffnet und der kleine Kühlkreislauf 22 versperrt werden - dann ist die Notlauffunktion bzw. der parallele Betrieb beider Pumpen zur maximalen Beförderung des Kühlmittels durch den Kühler 14 in kritischen KühlSituationen aktiviert.

In das dritte Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist eine Heizeinheit 32 in den kleinen Kühlkreislauf 22 geschaltet. Diese Heizeinheit 32 besteht aus einem weiteren Umschaltven- til 34, einem Wärmetauscher 36 und einem den Wärmetauscher 36 umgehenden Bypass 40. Im Normalbetrieb ist das Ventil 30 so eingestellt, daß die Verbindung 28 gesperrt ist. Der Kühlmittelstrom im kleinen Kühlkreislauf 22 fließt dann je nach Stellung des Umschaltventils 34 entweder durch den Wär- metauscher 36 oder durch den Bypass 40. In der Aufwärmphase des Motors kann der Kühlmittelstrom mit dem Ventil 34 so geschaltet werden, daß das Kühlmittel durch den Bypass 40 fließt und somit einen möglichst kurzen Weg zurücklegt bzw. möglichst wenig abkühlt. Erst ab einer bestimmten Betrieb- stemperatur wird die Möglichkeit des Abzweigs in den Wärmetauscher 36 und damit die Möglichkeit der Beheizung des Fahrgastraumes freigegeben.

Durch eine Taktung des Umschaltventils 34 läßt sich sowohl der Motor aufwärmen, als auch die Heizleistung dem Fahrgastinnenraum zuführen.

Durch die regelbare Pumpe 24 läßt sich durch die Einstellung eines definierten Volumenstromes durch den Wärmetauscher 36 auf einfache Weise die Temperatur des Fahrgastinnenraumes regeln.

Die Schalt- und Regelvorgänge im Kühlkreislauf werden von einem nicht dargestellten, übergeordneten Steuergerät er- faßt, dessen Programmierung einen im Hinblick auf die

Kühlung des Motors und dessen Energieverbrauch möglichst effizienten Betrieb sicherstellt.

Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Kühlen eines Motors (10) mit einem in einem großen Kühlkreislauf (12) angeordneten Kühler (14) , einem von einem weiteren Motor (16) angetriebenen Kühlergebläse (18) , einer ein Kühlmittel fördernden Pumpe (20) und mindestens einem in mindestens einem kleinen Kühlkreislauf

(22) angeordneten aktiven Element (24) , welches das Kühlmittel durch einen Abzweig (26) von dem großen Kuhlkreislauf (12) in den kleinen Kühlkreislauf (22) am Kühler (14) vorbei leitet, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine ak- tive Element eine zweite Pumpe (24) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen (20, 24) elektromotorisch betrieben und\oder von der Drehzahl des Motors (10) unabhängig sowie unabhängig voneinander regelbar sind.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindung (28) zwischen dem großen Kühlkreislauf (12) und dem kleinen Kühlkreislauf (22) be- steht, die stromab- oder stromaufwärts der zweiten Pumpe (24) abzweigt und stromauf- oder stromabwärts des Kühlers (14) mündet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umsehaltventil (30) stromabwärts der zweiten Pumpe (24) zum Umschalten zwischen dem kleinen Kühlkreislauf (22) und der Verbindung (28) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge- kennzeichnet, daß in den kleinen Kühlkreislauf (22) eine einen Wärmetauscher (36) aufweisende Heizeihheit (32) geschaltet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinheit (32) von einem Bypass (40) umgangen wird, und daß ein weiteres Umschaltventil (34) den Durchfluß zwischen Heizeinheit (32) und Bypass (40) beeinflußt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenstrom durch den Wärmetauscher (36) durch die Pumpe (24) unabhängig von der Pumpe (20) eingestellt werden kann.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, daß in den großen Kühlkreislauf (12) und/oder in den kleinen Kühlkreislauf Rückschlagklappen (38, 39) geschaltet sind.