WO2006027132A1 - Kühlkreislauf für ein kraftfahrzeug und steuerungsverfahren dafür - Google Patents

Kühlkreislauf für ein kraftfahrzeug und steuerungsverfahren dafür Download PDF

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WO2006027132A1
WO2006027132A1 PCT/EP2005/009276 EP2005009276W WO2006027132A1 WO 2006027132 A1 WO2006027132 A1 WO 2006027132A1 EP 2005009276 W EP2005009276 W EP 2005009276W WO 2006027132 A1 WO2006027132 A1 WO 2006027132A1
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combustion engine
internal combustion
retarder
radiator
coolant
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PCT/EP2005/009276
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Inventor
Frank Steffens
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Daimlerchrysler Ag
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/20—Cooling circuits not specific to a single part of engine or machine
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T1/00—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles
    • B60T1/02—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels
    • B60T1/08—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels using fluid or powdered medium
    • B60T1/087—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels using fluid or powdered medium in hydrodynamic, i.e. non-positive displacement, retarders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T10/00—Control or regulation for continuous braking making use of fluid or powdered medium, e.g. for use when descending a long slope
    • B60T10/02—Control or regulation for continuous braking making use of fluid or powdered medium, e.g. for use when descending a long slope with hydrodynamic brake
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
    • F01P2060/06—Retarder

Definitions

  • the present invention relates to a cooling circuit for a motor vehicle according to the preamble of claim 1, and a method for controlling a cooling circuit for a motor vehicle according to the preamble of claim 6.
  • FIG. 3 A conventional refrigeration cycle for a motor vehicle, on which the preamble of claims 1 and 6 is based, is illustrated schematically in FIG. 3 and explained below for a better understanding of the present invention.
  • the cooling circuit is used in particular for cooling an internal combustion engine 10 - and depending on the embodiment of the motor vehicle further components - with a coolant such as cooling water.
  • the coolant is pumped by a pump 16 through the internal combustion engine 10 and thus through the entire cooling circuit.
  • a hydrodynamic retarder 12 Downstream of the internal combustion engine 10, a hydrodynamic retarder 12 is arranged, which if necessary exerts an additional braking torque on the crankshaft of the internal combustion engine 10 or the drive train.
  • the coolant of the internal combustion engine serves as the working medium of the retarder at the same time.
  • the coolant heated by the engine 10 and having flowed through the retarder 12 is supplied to the fan-cooled radiator 14 via a connection line 21 between the outlet side of the retarder 12 and the inlet side of a radiator 14 to cool the coolant again.
  • the thus cooled coolant is supplied from the radiator 14 via a connecting line 22 between the outlet side of the radiator 14 and the inlet side of the internal combustion engine 10 via the pump 16 back to the engine 10.
  • a compensation tank 17 is connected in a known manner further.
  • a cooler bypass line 25 is further provided in the cooling circuit, which connects the outlet side of the retarder 12 directly to the inlet side of the internal combustion engine 10, bypassing the radiator 14, i. the connecting line 21 connects directly to the connecting line 22.
  • a thermostatic valve 13 opens and closes the radiator bypass line 25 to adjust the flow ratio of the hot coolant flowing through the radiator bypass line 25 to the cold coolant discharged from the radiator 14, depending on the operating temperature of the engine 10 and the coolant temperature, respectively and thus to adjust the temperature of the internal combustion engine 10 supplied coolant.
  • EP 0 885 351 B1 discloses a cooling circuit for a motor vehicle having a retarder, in which the retarder is arranged upstream of the internal combustion engine in the cooling circuit and the coolant is passed directly into the retarder by means of a switching valve through a retarder bypass line the internal combustion engine is passed.
  • the retarder is arranged upstream of the internal combustion engine in the cooling circuit and the coolant is passed directly into the retarder by means of a switching valve through a retarder bypass line the internal combustion engine is passed.
  • the cooling circuit is made up of a small partial circuit and a large partial circuit.
  • the internal combustion engine, a thermostatic valve and a pump are arranged in series; in the large partial circuit are also a cooler and the retarder.
  • the thermostatic valve is closed, eg in cold start mode, the coolant from the internal combustion engine circulates directly back into the internal combustion engine through the thermostatic valve and the pump, without being cooled by the radiator; when the thermostatic valve is open, however, the coolant from the internal combustion engine circulates through the retarder and the radiator back to the internal combustion engine.
  • the large partial circuit can be short-circuited via a bypass line with a check valve, so that at least a portion of the coolant circulates only through the retarder and the radiator, without also flowing through the Ver ⁇ internal combustion engine.
  • the bypass line is opened and closed in this case depending on the switching state of the thermostatic valve.
  • the cooling circuit for a motor vehicle has an internal combustion engine; a pumping device for pumping a coolant by the internal combustion engine; one downstream of the Internal combustion engine arranged retarder, wherein the coolant of the internal combustion engine simultaneously serves as the working medium of the retarder; a radiator disposed between the outlet side of the retarder and the inlet side of the internal combustion engine for cooling the coolant; a cooler bypass line which connects the outlet side of the retarder bypassing the radiator directly to the inlet side of the internal combustion engine; and a first switching valve arranged to selectively open and close the radiator bypass line (25).
  • the cooling circuit further comprises: an engine bypass line which connects the exhaust side of the radiator directly to the inlet side of the retarder, bypassing the internal combustion engine; and a second switching valve arranged to selectively open and close the engine bypass line.
  • the coolant can be passed from the cooler through the pumping action of the retarder past the internal combustion engine directly to the retarder during operation of the retarder.
  • an optimal utilization of the cooling capacity of the radiator in the retarder operation is achieved independently of the switching state of the thermostatic valve without affecting the internal combustion engine by strong temperature fluctuations or damage. This advantage is particularly pronounced at low outside temperatures.
  • the second switching valve opens and closes the engine bypass line depending on the operating state of the retarder preferably such that it opens the engine bypass line to the same extent as it does a connecting line between the exhaust side of the internal combustion engine and the inlet side of the retarder closes.
  • the second switching valve is a pneumatic two-way valve and the first switching valve is a thermostatic valve.
  • the inventive method for controlling a cooling circuit for a motor vehicle of the structure described above is characterized in that the outlet side of the radiator is connected depending on the operating state of the retarder via an engine bypass line bypassing the engine directly to the inlet side of the retarder.
  • the internal combustion engine bypass line is preferably opened to the same extent as a connection between the outlet side of the internal combustion engine and the inlet side of the retarder is closed.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the construction of a cooling circuit for a motor vehicle according to a preferred embodiment of the present invention
  • Fig. 2 is a schematic sectional view of a preferred embodiment of a second switching valve of Cooling circuit of Figure 1 in Fig. 2A and an associated circuit diagram in Fig. 2B. and
  • Fig. 3 is a schematic representation of the structure of a conventional cooling circuit for a motor vehicle.
  • Fig. 1 the basic structure of a cooling circuit for a motor vehicle with integrated retarder is shown schematically first.
  • the same reference numerals are used for the same components as in the description of the conventional cooling circuit of FIG. 3.
  • the cooling circuit shown in FIG. 1 is used for cooling an internal combustion engine 10 of a motor vehicle with a retarder function and possibly further motor vehicle components (not shown).
  • a retarder function for cooling an internal combustion engine 10 of a motor vehicle with a retarder function and possibly further motor vehicle components (not shown).
  • the components of the cooling circuit are shown in the schematic diagram, which are relevant to the present invention, the skilled person will be able to use the application documents but easily build a suitable for his purposes complete cooling circuit with the advantages of the invention.
  • the refrigeration cycle includes a main circuit in which the engine 10, a retarder 12, a radiator 14 cooled by a fan 15, and a pumping device 16 are arranged in this order in the flow direction of the coolant.
  • the components mentioned are by a kauslei . tu.ng 21 between the outlet side of the retarder 12 and the inlet side of the radiator 14, a connecting line 22 between the outlet side of the radiator 14 and the inlet side of the internal combustion engine 10 and a connecting line 23 between the outlet side of the Internal combustion engine 10 and the inlet side of the retarder 10 connected to each other, through which the coolant is circulated by means of the pumping device 16.
  • a surge tank 17 is connected in a known manner further.
  • the coolant for the internal combustion engine 10 serves in a known manner simultaneously as a working medium of the hydrodynamic retarder 12, which exerts an additional braking torque on the crankshaft of the internal combustion engine 10 and the drive train, if necessary.
  • a radiator bypass line 25 is further provided, which connects the outlet side of the retarder 12, bypassing the radiator 14 directly to the inlet side of the internal combustion engine 10.
  • the radiator bypass line 25 connects the connection line 21 directly to the connection line 22.
  • a first switching valve 13 is shown in FIG Formed a thermostatic valve, which opens and closes depending on the temperature of the coolant, for example, on the outlet side of the engine 10.
  • the radiator bypass line 25 is blocked, ie the entire coolant flows through the radiator 14 and is cooled therein before it is supplied to the internal combustion engine.
  • the radiator bypass line 25 is open, ie, depending on the degree of opening of the thermostatic valve 13, at least part of the coolant flows past the radiator 14, so that the temperature the coolant supplied to the internal combustion engine 10 resulting from mixing the coolant cooled by the radiator 14 and the coolant flowing past the radiator 14 can be adjusted according to the opening degree of the thermostatic valve 13.
  • an engine bypass line 26 is provided between the outlet side of the radiator 14 and the inlet side of the retarder 12.
  • the engine bypass passage 26 directly connects the communication passage 22 between the exhaust side of the radiator 14 and the intake side of the engine 10 with the communication passage 23 between the exhaust side of the engine 10 and the inlet side of the retarder 12, so that the coolant cooled in the radiator abuts the internal combustion engine 10 can be passed over to the retarder 12.
  • a second switching valve 18 is provided to the Adjust the flow rate ratio between the heated coolant discharged from the engine 10 and the cooled coolant cooled by the radiator 14 and supplied through the engine bypass passage 26.
  • this second switching valve 18 is at least partially opened in order to supply the cooled coolant from the cooler 14 to the retarder 12.
  • FIGS. 2A and 2B an embodiment of a second switching valve 18 of the refrigeration cycle of FIG. 1 will be described below.
  • the second switching valve shown in Fig. 2 is a pneumatic flow control valve in the manner of a two-way valve, which is arranged at the connection point of the connecting line 23 with the engine by-pass line 26.
  • the second switching valve 18 opens and closes depending on the operating state of the retarder 12 and preferably also in dependence on the temperature of the coolant.
  • the second switching valve 18 is constructed of a valve housing 31 having a first port 30a for supplying the coolant from the engine 10, a second port 30b for discharging the coolant to the retarder 12, and a third port 30c for supplying the coolant from the radiator 14 is provided, which are each connected to the valve chamber 29 in the interior of the valve housing 31.
  • the valve housing 31 further forms a first valve seat 34 between the first port 30a and the valve chamber 29 and a second valve seat 35 between the third port 30c and the valve chamber 29.
  • valve chamber 29 In the valve chamber 29 is a valve plate 33 via a valve stem 32 between a sealing against the second valve seat 35 opening position in which the engine bypass line 26 is locked, and a sealing against the first valve seat 34 closed position in which the supply of the coolant from the internal combustion engine 10 is blocked.
  • the valve disk 33 In order to achieve a better sealing of the valve disk 33 against the first and the second valve seat 34, 35, the valve disk 33 is formed conically corresponding to the valve seats 34, 35 at the edge regions of its opposite main end faces.
  • the valve stem 32 of the flow control valve 18 is actuated by a piston 37 which is arranged in a pressure cylinder 36 which is formed adjacent to the valve housing 31 and sealed against this by means of a seal 40.
  • the piston 37 is acted upon by compressed air via a pneumatic connection 39 in order to press the valve disk 33 into the closed position of the flow control valve 18 against the first valve seat 34.
  • a spring device 38 is further provided, which is supported on the one hand against the piston 37 and on the other hand against the valve housing 31, so that the spring device 38 biases the valve plate 33 in the opening pitch ⁇ of the flow control valve 18 against the second valve seat 35.
  • the valve disc 33 can be moved to any position between the first and second valve seats 34, 35 in accordance with the balance between the spring force of the spring device 38 and the pneumatic pressure, so as to increase the flow rate ratio of the coolant from the engine 10 and directly from the radiator 14 to adjust the retarder 12.
  • the present invention is not limited to the embodiment of the second switching valve 18 described with reference to FIG. 2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor (10); einer Pumpvorrichtung (16) zum Pumpen eines Kühlmittels durch den Verbrennungsmotor (10); einem stromab des Verbrennungsmotors (10) angeordneten Retarder (12), wobei das Kühlmittel des Verbrennungsmotors gleichzeitig als Arbeitsmedium des Retarders dient; einem Kühler (14), der zwischen der Auslassseite des Retarders (12) und der Einlassseite des Verbrennungsmotors (10) angeordnet ist, zum Kühlen des Kühlmittels; einer Kühler-Bypassleitung (25), welche die Auslassseite des Retarders (12) unter Umgehung des Kühlers (14) direkt mit der Einlassseite des Verbrennungsmotors (10) verbindet; und einem ersten Schaltventil (13), das zum wahlweisen Öffnen und Schließen der Kühler-Bypassleitung (25) angeordnet ist. Um den Betrieb des Retarders (12) bei gleichzeitiger Schonung des Verbrennungsmotors (10) zu optimieren, weist der Kühlkreislauf ferner eine Verbrennungsmotor-Bypassleitung (26), welche die Auslassseite des Kühlers (14) unter Umgehung des Verbrennungsmotors (10) direkt mit der Einlassseite des Retarders (12) verbindet, und ein zweites Schaltventil (18), das zum wahlweisen Öffnen und Schließen der Verbrennungsmotor-Bypassleitung (26) angeordnet ist, auf.

Description

Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug und Steuerungsverfahren dafür
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, sowie ein Verfahren zum Steuern eines Kühlkreislaufs für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6.
Ein herkömmlicher Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug, auf dem der Oberbegriff der Ansprüche 1 und 6 basiert, ist schematisch in Fig. 3 veranschaulicht und nachfolgend zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung erläutert.
Der Kühlkreislauf dient insbesondere dem Kühlen eines Verbrennungsmotors 10 - und je nach Ausführungsart des Kraftfahrzeugs weiterer Komponenten - mit einem Kühlmittel wie beispielsweise Kühlwasser. Das Kühlmittel wird mittels einer Pumpe 16 durch den Verbrennungsmotor 10 und damit auch durch den gesamten Kühlkreislauf gepumpt. Stromab des Verbrennungsmotors 10 ist ein hydrodynamischer Retarder 12 angeordnet, der bei Bedarf ein zusätzliches Bremsmoment auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 10 bzw. den Antriebsstrang ausübt. Dabei dient das Kühlmittel des Verbrennungsmotors gleichzeitig als Arbeitsmedium des Retarders. Das durch den Verbrennungsmotor 10 erwärmte und durch den Retarder 12 geströmte Kühlmittel wird über eine Verbindungsleitung 21 zwischen der Auslassseite des Retarders 12 und der Einlassseite eines Kühlers 14 dem lüftergekühlten Kühler 14 zugeführt, um das Kühlmittel wieder abzukühlen. Das so abgekühlte Kühlmittel wird von dem Kühler 14 über eine Verbindungsleitung 22 zwischen der Auslassseite des Kühlers 14 und der Einlassseite des Verbrennungsmotors 10 über die Pumpe 16 wieder dem Verbrennungsmotor 10 zugeleitet. Mit dieser Verbindungsleitung 22 ist in bekannter Weise ferner ein Ausgleichsbehälter 17 verbunden.
Um bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 10 diesen möglichst schnell auf eine optimale Betriebstemperatur zu erwärmen, ist in dem Kühlkreislauf ferner eine Kühler- Bypassleitung 25 vorgesehen, welche die Auslassseite des Retarders 12 unter Umgehung des Kühlers 14 direkt mit der Einlassseite des Verbrennungsmotors 10 verbindet, d.h. die Verbindungsleitung 21 direkt mit der Verbindungsleitung 22 verbindet. In Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels z.B. an der Auslassseite des Verbrennungsmotors 10 öffnet und schließt ein Thermostatventil 13 die Kühler-Bypassleitung 25, um je nach Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors 10 bzw. Kühlmitteltemperatur das StrömungsVerhältnis des durch die Kühler-Bypassleitung 25 strömenden warmen Kühlmittels zu dem aus dem Kühler 14 ausgegebenen kalten Kühlmittels einzustellen und damit die Temperatur des dem Verbrennungsmotor 10 zugeleiteten Kühlmittels einzustellen.
Bei Betrieb des Retarders 12 entsteht durch die Pumpwirkung des Retarders stromauf des Retarders 12 in der Verbindungsleitung 23 zwischen der Auslassseite des Verbrennungsmotors 10 und der Einlassseite des Retarders 12 ein Druckabfall, und stromab des Retarders 12 entsteht in der Verbindungsleitung 21 zwischen der Auslassseite des Retarders 12 und der Einlassseite des Kühlers 14 ein Druckanstieg. In Folge dessen wird der Kühlmitteldurchsatz des Kühlkreislaufs erhöht. Insbesondere in Betriebszuständen, in denen das Thermostatventil 13 nicht vollständig geöffnet ist, kann es daher zu einer Überhitzung des Retarders 12 kommen, weshalb das Thermostatventil 13 möglichst schnell geöffnet werden muss, um dem Retarder 12 ein durch den Kühler 14 gekühltes Kühlmittel möglichst niedriger Temperatur zuzuführen.
Im Stand der Technik sind bisher jedoch keine zufriedenstellende Lösungen bekannt, die ein ausreichend schnelles Öffnen des Thermostatventils 13 in jedem Fall gewährleisten können. Außerdem besteht die Gefahr, dass der Verbrennungsmotor 10 bei einem zu schnellen Umschalten des Thermostatventils 13 aufgrund eines Thermoschocks einen Schaden erleidet.
In diesem Zusammenhang ist aus der EP 0 885 351 Bl ein Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug mit einem Retarder bekannt, bei dem der Retarder stromauf des Verbrennungsmotors in dem Kühlkreislauf angeordnet ist und das Kühlmittel mittels eines Schaltventils durch eine Retarder-Bypassleitung an dem Retarder vorbei direkt in den Verbrennungsmotor geleitet wird. Bei einem Betrieb des Retarders existiert aber bei diesem Kühlkreislauf im Wesentlichen die gleiche Problematik wie oben beschrieben.
Die DE 196 03 184 Al offenbart ebenfalls einen Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug mit einem eingebundenen Retarder. In diesem Fall ist der Kühlkreislauf aus einem kleinen Teilkreislauf und einem großen Teilkreislauf aufgebaut. In dem kleinen Teilkreislauf sind der Verbrennungsmotor, ein Thermostatventil und eine Pumpe in Reihe angeordnet; im großen Teilkreislauf befinden sich ferner ein Kühler und der Retarder. Bei geschlossenem Thermostatventil z.B. im Kaltstartbetrieb zirkuliert das Kühlmittel aus dem Verbrennungsmotor durch das Thermostatventil und die Pumpe direkt wieder in den Verbrennungsmotor, ohne durch den Kühler gekühlt zu werden; bei geöffnetem Thermostatventil zirkuliert das Kühlmittel aus dem Verbrennungsmotor dagegen durch den Retarder und den Kühler wieder zu dem Verbrennungsmotor. Bei Betrieb des Retarders kann der große Teilkreislauf über eine Bypassleitung mit Rückschlagventil kurzgeschlossen werden, sodass zumindest ein Teil des Kühlmittels nur durch den Retarder und den Kühler zirkuliert, ohne auch durch den Ver¬ brennungsmotor zu strömen. Die Bypassleitung wird in diesem Fall in Abhängigkeit von dem Schaltzustand des Thermostatventils geöffnet und geschlossen.
In Anbetracht der oben beschriebenen Probleme bei einem herkömmlichen Kühlkreislauf ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug sowie ein Steuerungsverfahren dafür vorzusehen, der bzw. das den Betrieb des Retarders 12 unabhängig vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors und bei gleichzeitiger Schonung des Verbrennungsmotors optimiert.
Diese Aufgabe wird durch einen Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren zum Steuern eines Kühlkreislaufs für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Der Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug weist einen Verbrennungsmotor; eine Pumpvorrichtung zum Pumpen eines Kühlmittels durch den Verbrennungsmotor; einen stromab des Verbrennungsmotors angeordneten Retarder, wobei das Kühlmittel des Verbrennungsmotors gleichzeitig als Arbeitsmedium des Retarders dient; einen Kühler, der zwischen der Auslassseite des Retarders und der Einlassseite des Verbrennungsmotors angeordnet ist, zum Kühlen des Kühlmittels; eine Kühler-Bypassleitung, welche die Auslass¬ seite des Retarders unter Umgehung des Kühlers direkt mit der Einlassseite des Verbrennungsmotors verbindet; und ein erstes Schaltventil, das zum wahlweisen Öffnen und Schließen der Kühler-Bypassleitung (25) angeordnet -ist, auf. Erfindungsgemäß weist der Kühlkreislauf ferner auf: eine Verbrennungsmotor-Bypassleitung, welche die Auslassseite des Kühlers unter Umgehung des Verbrennungsmotors direkt mit der Einlassseite des Retarders verbindet; und ein zweites Schaltventil, das zum wahlweisen Öffnen und Schließen der Verbrennungsmotor-Bypassleitung angeordnet ist .
Durch diesen Aufbau des Kühlkreislaufs kann bei Betrieb des Retarders das Kühlmittel aus dem Kühler durch die Pumpwirkung des Retarders an dem Verbrennungsmotor vorbei direkt zu dem Retarder geleitet werden. Hierdurch wird eine optimale Ausnutzung der Kühlleistung des Kühlers im Retarderbetrieb unabhängig von dem Schaltzustand des Thermostatventils erzielt, ohne den Verbrennungsmotor durch starke Temperaturschwankungen zu beeinflussen oder zu beschädigen. Dieser Vorteil ist bei niedrigen Außentemperaturen besonders ausgeprägt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung öffnet und schließt das zweite Schaltventil die Verbrennungsmotor-Bypassleitung in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Retarders bevorzugt derart, dass es die Verbrennungsmotor-Bypassleitung in dem gleichen Maße öffnet wie es eine Verbindungsleitung zwischen der Auslassseite des Verbrennungsmotors und der Einlassseite des Retarders schließt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite Schaltventil ein pneumatisches Zweiwegeventil und das erste Schaltventil ein Thermostatventil.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern eines Kühlkreislaufs für ein Kraftfahrzeug des oben beschriebenen Aufbaus zeichnet sich dadurch aus, dass die Auslassseite des Kühlers in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Retarders über eine Verbrennungsmotor-Bypassleitung unter Umgehung des Verbrennungsmotors direkt mit der Einlassseite des Retarders verbunden wird.
Vorzugsweise wird die Verbrennungsmotor-Bypassleitung dabei in dem gleichen Maße geöffnet wie eine Verbindung zwischen der Auslassseite des Verbrennungsmotors und der Einlassseite des Retarders geschlossen wird.
Obige sowie weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Kühlkreislaufs für ein Kraftfahrzeug gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Schnittansieht einer bevorzugten Ausführungsform eines zweiten Schaltventils des Kühlkreislaufs von Fig. 1 in Fig. 2A und ein zugehöriges Schaltschema in Fig. 2B; und
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines herkömmlichen Kühlkreislaufs für ein Kraftfahrzeug.
In Fig. 1 ist zunächst schematisch der Grundaufbau eines Kühlkreislaufs für ein Kraftfahrzeug mit eingebundenem Retarder dargestellt. Aus Gründen der Zweckmäßigkeit sind dabei für gleiche Komponenten die gleichen Bezugsziffern wie bei der Beschreibung des herkömmlichen Kühlkreislaufs von Fig. 3 verwendet.
Der in Fig. 1 dargestellte Kühlkreislauf dient dem Kühlen eines Verbrennungsmotors 10 eines Kraftfahrzeugs mit Retarderfunktion sowie ggf. weiterer (nicht dargestellter) Kraftfahrzeugkomponenten. Der Einfachheit halber sind in der schematischen Darstellung nur die Komponenten des Kühlkreislaufs dargestellt, die für die vorliegende Erfindung von Bedeutung sind, der Fachmann wird anhand der Anmeldungsunterlagen jedoch problemlos einen für seine Zwecke geeigneten vollständigen Kühlkreislauf mit den erfindungsgemäßen Vorteilen aufbauen können.
Der Kühlkreislauf enthält einen Hauptkreis, in dem der Verbrennungsmotor 10, ein Retarder 12, ein durch einen Lüfter 15 gekühlter Kühler 14 und eine Pumpvorrichtung 16 in dieser Reihenfolge in der Strömungsrichtung des Kühlmittels angeordnet sind. Die genannten Komponenten sind dabei durch eine Verbindungslei.tu.ng 21 zwischen der Auslassseite des Retarders 12 und der Einlassseite des Kühlers 14, eine Verbindungsleitung 22 zwischen der Auslassseite des Kühlers 14 und der Einlassseite des Verbrennungsmotors 10 bzw. eine Verbindungsleitung 23 zwischen der Auslassseite des Verbrennungsmotors 10 und der Einlassseite des Retarders 10 miteinander verbunden, durch welche das Kühlmittel mittels der Pumpvorrichtung 16 zirkuliert wird. Mit der Verbindungsleitung 22 ist in bekannter Weise ferner ein Ausgleichsbehälter 17 verbunden.
Das Kühlmittel für den Verbrennungsmotor 10 dient dabei in bekannter Weise gleichzeitig als Arbeitsmedium des hydrodynamischen Retarders 12, der bei Bedarf ein zusätzliches Bremsmoment auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 10 bzw. den Antriebsstrang ausübt.
Um zum Beispiel bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 10 diesen möglichst schnell auf seine optimale Betriebstemperatur zu erwärmen, ist ferner eine Kühler- Bypassleitung 25 vorgesehen, welche die Auslassseite des Retarders 12 unter Umgehung des Kühlers 14 direkt mit der Einlassseite des Verbrennungsmotors 10 verbindet. Mit anderen Worten verbindet die Kühler-Bypassleitung 25 die Verbindungsleitung 21 direkt mit der Verbindungsleitung 22. Zum Beispiel an dem Verbindungspunkt der Kühler-Bypassleitung 25 und der Verbindungsleitung 22 zwischen der Auslassseite des Kühlers 14 und der Einlassseite des Verbrennungsmotors 10 ist ein erstes Schaltventil 13 in Form eines Thermostatventils angeordnet, das in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels z.B. an der Auslassseite des Verbrennungsmotors 10 öffnet und schließt. Bei geschlossenem Thermostatventil 13 ist die Kühler-Bypassleitung 25 gesperrt, d.h. das gesamte Kühlmittel strömt durch den Kühler 14 und wird in diesem gekühlt bevor es dem Verbrennungsmotor zugeführt wird. Bei geöffnetem Thermostatventil hingegen ist die Kühler-Bypassleitung 25 geöffnet, d.h. je nach Öffnungs¬ grad des Thermostatventils 13 strömt wenigstens ein Teil des Kühlmittels an dem Kühler 14 vorbei, sodass die Temperatur des dem Verbrennungsmotor 10 zugeführten Kühlmittels, die sich aus einem Vermischen des durch den Kühler 14 gekühlten Kühlmittels und des an dem Kühler 14 vorbei geströmten Kühlmittels ergibt, entsprechend dem Öffnungsgrad des Thermo¬ statventils 13 eingestellt werden kann.
Bei einem Betrieb des Retarders 12 entsteht, wie bereits eingangs erläutert, durch die Pumpwirkung des Retarders stromauf des Retarders 12 in der Verbindungsleitung 23 zwischen der Auslassseite des Verbrennungsmotors 10 und der Einlassseite des Retarders 12 ein Druckabfall, und stromab des Retarders 12 entsteht in der Verbindungsleitung 21 zwischen der Auslassseite des Retarders 12 und der Einlassseite des Kühlers 14 ein Druckanstieg. In Folge dessen wird der Kühlmitteldurchsatz des Kühlkreislaufs erhöht.
Um ein Überhitzen des Retarders 12 zu verhindern, ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Verbrennungsmotor- Bypassleitung 26 zwischen der Auslassseite des Kühlers 14 und der Einlassseite des Retarders 12 vorgesehen. Mit anderen Worten verbindet die Verbrennungsmotor-Bypassleitung 26 die Verbindungsleitung 22 zwischen der Auslassseite des Kühlers 14 und der Einlassseite des Verbrennungsmotors 10 direkt mit der Verbindungsleitung 23 zwischen der Auslassseite des Verbrennungsmotors 10 und der Einlassseite des Retarders 12, sodass das in dem Kühler gekühlte Kühlmittel an dem Verbrennungsmotor 10 vorbei zu dem Retarder 12 geleitet werden kann.
An der Verbindungsstelle der Verbindungsleitung 23 zwischen der Auslassseite des Verbrennungsmotors 10 und der Einlassseite des Retarders 12 einerseits und der Verbrennungsmotor-Bypassleitung 26 andererseits ist ein zweites Schaltventil 18 vorgesehen, um das Strömungsratenverhältnis zwischen dem aus dem Verbrennungsmotor 10 ausgegebenen, erwärmten Kühlmittel und dem von dem Kühler 14 gekühlten und durch die Ver- brennungsmotor-Bypassleitung 26 zugeführten, gekühlten Kühlmittel einzustellen. Bei einem Betrieb des Retarders 12 wird dieses zweite Schaltventil 18 zumindest teilweise geöffnet, um dem Retarder 12 das gekühlte Kühlmittel aus dem Kühler 14 zuzuführen.
Auf diese Weise wird bei Betrieb des Retarders 12 durch die Pumpwirkung des Retarders 12 ein eigener Kreislauf aufgebaut, in dem das als Arbeitsmedium des Retarders 12 dienende Kühlmittel von dem Retarder 12 durch den Kühler 14 wieder zu dem Retarder 12 zirkuliert wird. Der Retarder 12 kann so unabhängig von dem Schaltzustand des Thermostatventils 13 die Kühlkapazität des Kühlers 14 ausnutzen, sodass ein Überhitzen des Retarders 12 effektiv verhindert werden kann. Dieser Effekt macht sich vor allem bei niedrigen Außentemperaturen bemerkbar, wenn deutliche Temperaturunterschiede zwischen dem durch den Kühler 14 strömenden Kühlmittel und dem durch den Verbrennungsmotor 10 strömenden Kühlmittel existieren. Je größer die Differenz zwischen der Kühlmitteltemperatur auf der Einlassseite des Retarders 12 und der maximalen Kühlmitteltemperatur im Kühlkreislauf ist, umso mehr Bremsleistung kann von dem Retarder 12 abgeführt werden, was eine spürbar höhere Retarderleistung bedeutet. Folglich können bergab höhere Geschwindigkeiten bzw. längere Bremsenstandzeiten erzielt werden, was zu einer Steigerung der Performance des Kraftfahrzeugs führt.
Da für die Zuführung einer ausreichenden Menge gekühlten Kühlmittels kein entsprechender Schaltvorgang des Thermostatventils 13 notwendig ist, kann insbesondere auch bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 10 und bei niedrigen Außentemperaturen die Leistung des Retarders 12 optimal genutzt werden, ohne dass der Verbrennungsmotor 10 starken Temperaturschwankungen unterworfen ist, die zu einer Beeinträchtigung der Motorleistung oder einer Beschädigung des Verbrennungsmotors 10 führen können.
Bei ausgeschaltetem Retarder 12 entspricht der erfindungsgemäße Kühlkreislauf von Fig. 1 aufgrund des geschlossenen zweiten Schaltventils 18 dem Aufbau des in Fig. 3 dargestellten herkömmlichen Kühlkreislaufs.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2A und 2B wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel eines zweiten Schaltventils 18 des Kühlkreislaufs von Fig. 1 beschrieben.
Das in Fig. 2 dargestellte zweite Schaltventil ist ein pneumatisches Strömungsregelventil in der Art eines ZweiWegeventils, das an dem Verbindungspunkt der Verbindungsleitung 23 mit der Verbrennungsmotor-Bypassleitung 26 angeordnet ist. Das zweite Schaltventil 18 öffnet und schließt in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Retarders 12 und bevorzugt außerdem in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels.
Das zweite Schaltventil 18 ist aus einem Ventilgehäuse 31 aufgebaut, das mit einem ersten Anschluss 30a zur Zuleitung des Kühlmittels aus dem Verbrennungsmotor 10, einem zweiten Anschluss 30b zur Ableitung des Kühlmittels zu dem Retarder 12 und einem dritten Anschluss 30c zur Zuleitung des Kühlmittels von dem Kühler 14 versehen ist, die jeweils mit der Ventilkammer 29 im Innern des Ventilgehäuses 31 verbunden sind. Das Ventilgehäuse 31 bildet ferner einen ersten Ventilsitz 34 zwischen dem ersten Anschluss 30a und der Ventilkammer 29 sowie einen zweiten Ventilsitz 35 zwischen dem dritten Anschluss 30c und der Ventilkammer 29. In der Ventilkammer 29 ist ein Ventilteller 33 über einen Ventilstößel 32 zwischen einer gegen den zweiten Ventilsitz 35 abdichtenden Öffnungsstellung, in der die Verbrennungsmotor-Bypassleitung 26 gesperrt ist, und einer gegen den ersten Ventilsitz 34 abdichtenden Schließstellung, in der die Zufuhr des Kühlmittels aus dem Verbrennungsmotor 10 gesperrt ist. Um eine bessere Abdichtung des Ventiltellers 33 gegen den ersten bzw. den zweiten Ventilsitz 34, 35 zu erzielen, ist der Ventilteller 33 entsprechend den Ventilsitzen 34, 35 an den Randbereichen seiner abgewandten Hauptstirnseiten konisch ausgebildet.
Der Ventilstößel 32 des Strδmungsregelventils 18 wird durch einen Kolben 37 betätigt, der in einem Druckzylinder 36 angeordnet ist, der angrenzend an das Ventilgehäuse 31 ausgebildet und gegen dieses mittels einer Dichtung 40 abgedichtet ist. Der Kolben 37 wird über einen Pneumatik- anschluss 39 mit Druckluft beaufschlagt, um den Ventilteller 33 in die Schließstellung des Strömungsregelventils 18 gegen den ersten Ventilsitz 34 zu drücken. In dem Druckzylinder 36 ist ferner eine Federvorrichtung 38 vorgesehen, die sich einerseits gegen den Kolben 37 und andererseits gegen das Ventilgehäuse 31 abstützt, sodass die Federvorrichtung 38 den Ventilteller 33 in die Öffnungssteilung■ des Strömungsregelventils 18 gegen den zweiten Ventilsitz 35 vorspannt. Der Ventilteller 33 kann entsprechend dem Gleichgewicht zwischen der Federkraft der Federvorrichtung 38 und dem pneumatischen Druck in jede Stellung zwischen dem ersten und dem zweiten Ventilsitz 34, 35 bewegt werden, um so das Strömungsratenverhältnis des Kühlmittels aus dem Verbrennungsmotor 10 und direkt aus dem Kühler 14 zu dem Retarder 12 einzustellen. Die vorliegende Erfindung ist aber selbstverständlich nicht auf die anhand von Fig. 2 beschriebene Ausführungsform des zweiten Schaltventils 18 beschränkt.

Claims

Patentansprüche
1. Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor (10) ; einer Pumpvorrichtung (16) zum Pumpen eines Kühlmittels durch den Verbrennungsmotor (10) ; einem stromab des Verbrennungsmotors (10) angeordneten Retarder (12) , wobei das Kühlmittel des Verbrennungsmotors gleichzeitig als Arbeitsmedium des Retarders dient; einem Kühler (14) , der zwischen der Auslassseite des Retarders (12) und der Einlassseite des Verbrennungsmotors (10) angeordnet ist, zum Kühlen des Kühlmittels; einer Kühler-Bypassleitung (25) , welche die Auslassseite des Retarders (12) unter Umgehung des Kühlers (14) direkt mit der Einlassseite des Verbrennungsmotors (10) verbindet; und einem ersten Schaltventil (13) , das zum wahlweisen Öffnen und Schließen der Kühler-Bypassleitung (25) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf ferner aufweist: eine Verbrennungsmotor-Bypassleitung (26) , welche die Auslassseite des Kühlers (14) unter Umgehung des Verbrennungsmotors (10) direkt mit der Einlassseite des Retarders (12) verbindet; und ein zweites Schaltventil (18) , das zum wahlweisen Öffnen und Schließen der Verbrennungstnotor-Bypassleitung (26) angeordnet ist.
2. Kühlkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltventil (18) die Verbrennungsmotor- Bypassleitung (26) in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Retarders (12) öffnet und schließt.
3. Kühlkreislauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltventil (18) die Verbrennungsmotor- Bypassleitung (26) in dem gleichen Maße öffnet wie es eine Verbindungsleitung (23) zwischen der Auslassseite des Verbrennungsmotors (10) und der Einlassseite des Retarders (12) schließt.
4. Kühlkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltventil (18) ein pneumatisches ZweiWegeventil ist.
5. Kühlkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltventil (13) ein Thermostatventil ist.
6. Verfahren zum Steuern eines Kühlkreislaufs für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (10) ; einer Pumpvorrichtung (16) zum Pumpen eines Kühlmittels durch den Verbrennungsmotor (10) ; einem stromab des Verbrennungsmotors (10) angeordneten Retarder (12) , wobei das Kühlmittel des
Verbrennungsmotors gleichzeitig als Arbeitsmedium des
Retarders dient; einem Kühler (14) , der zwischen der Auslassseite des
Retarders (12) und der Einlassseite des
Verbrennungsmotors (10) angeordnet ist, zum Kühlen des
Kühlmittels; einer Kühler-Bypassleitung (25) , welche die Auslassseite des Retarders (12) unter Umgehung des Kühlers (14) direkt mit der Einlassseite des Verbrennungsmotors (10) verbindet; und einem ersten Schaltventil (13) , das zum wahlweisen Öffnen und Schließen der Kühler-Bypassleitung (25) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassseite des Kühlers (14) in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Retarders (12) über eine
Verbrennungsmotor-Bypassleitung (26) unter Umgehung des
Verbrennungsmotors (10) direkt mit der Einlassseite des
Retarders (12) verbunden wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsmotor-Bypassleitung (26) in dem gleichen Maße geöffnet wird wie eine Verbindung zwischen der Auslassseite des Verbrennungsmotors (10) und der Einlassseite des Retarders (12) geschlossen wird.
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