AT516832A4

AT516832A4 - Kühlmittelkreislauf

Info

Publication number: AT516832A4
Application number: ATA50147/2015A
Authority: AT
Inventors: Helmut Altendorfer
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2015-02-25
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2016-09-15
Also published as: AT516832B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf (1) mit einer Brennkraftmaschine (11), einem Kühlmittelkühler (33), einem ersten Thermostatventil (13), einer ersten Pumpe (12), einem Kondensator (21), einem zweiten Thermostatventil (23) und einer zweiten Pumpe (22) eines Abwärmerückgewinnungssystems (WHR), wobei die Brennkraftmaschine (11), die erste Pumpe (12), der Kühlmittelkühler (33) und das erste Thermostatventil (13) in einem ersten Kühlkreis (10) angeordnet sind, und der Kondensator (21), das zweite Thermostatventil (23) und die zweite Pumpe (22) in einem zweiten Kühlkreis (20) angeordnet sind, und wobei der erste Kühlkreis (10) und der zweite Kühlkreis (20) miteinander strömungsverbunden sind und sich stromabwärts des Kühlmittelkühlers (33) in einem Verzweigungsbereich (32) von einem den Kühlmittelkühler (33) aufweisenden gemeinsamen Kühlabschnitt (30) verzweigen. Um eine einfache und effiziente Kühlung der Brennkraftmaschine (11) und des Abwärmerückgewinnungssystems (WHR) zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass der erste Kühlkreis (10) und der zweite Kühlkreis (20) unmittelbar stromaufwärts des Kühlmittelkühlers (33) in einem Sammelbereich (31) zu dem gemeinsamen Kühlabschnitt (30) zusammengeführt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf mit einer Brennkraftmaschine, einem Kühlmittelkühler, einem ersten Thermostatventil, einer ersten Pumpe, einem Kondensator, einem zweiten Thermostatventil und einer zweiten Pumpe eines Abwärmerückgewinnungssystems, wobei die Brennkraftmaschine, die erste Pumpe, der Kühlmittelkühler und das erste Thermostatventil in einem ersten Kühlkreis angeordnet sind, und der Kondensator, das zweite Thermostatventil und die zweite Pumpe in einem zweiten Kühlkreis angeordnet sind, und wobei der erste Kühlkreislauf und der zweite Kühlkreis miteinander strömungsverbunden sind und sich stromabwärts des Kühlmittelkühlers in einem Verzweigungsbereich von einem den Kühlmittelkühler aufweisenden gemeinsamen Kühlabschnitt verzweigen.

Die Kühlung eines Abwärmerückgewinnungssystems (WHR-System, WHR: Waste Heat Recovery) erfolgt häufig mittels eines einen eigenen Kühlmittelkühler aufweisenden Kühlmittelkreislaufes, welcher vom Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine getrennt ist. Solche Kühlsysteme sind mit relativ hohem Kostenaufwand verbunden.

Auch ist eine direkte Kühlung des Kondensators des WHR Systems mit Umgebungsluft bekannt, was aber im Fall von Ethanol als Arbeitsmedium aus Sicherheitsaspekten problematisch ist, wenn der Kondensator gemeinsam mit dem Kühlpaket in der Crashzone des Fahrzeugs angeordnet ist.

Weiters ist es bekannt, die Kühlung eines Abwärmerückgewinnungssystems in den Kühlkreis der Brennkraftmaschine einzubinden. Die hohe Temperatur des Kühlmittels des Kühlkreises der Brennkraftmaschine wirkt sich allerdings nachteilig auf den Wirkungsgrad des WHR-Systems aus.

Die WO 2014/177513 Al offenbart einen Kühlkreislauf, welcher einen ersten Kühlkreis mit einer Brennkraftmaschine, einer ersten Pumpe, einem ersten Thermostat und einen Kühlmittelkühler, und einen zweiten Kühlkreis eines Abwärmerückgewinnungssystems mit einem Kondensator, einer zweiten Pumpe und einem zweiten Thermostat aufweist. Der Kühlmittelkühler kann dabei vom Kühlmittel des ersten Kühlkreises und/oder des zweiten Kühlkreises durchströmt werden. Somit wird der Kühlkreislauf sowohl zur Kühlung der Brennkraftmaschine, als auch zur Kühlung des WHR-Systems verwendet. Nachteilig ist, dass der Kühlkreislaufeine große Anzahl an einzelnen Komponenten aufweist und dass das WHR-System relativ großen Einfluss auf den Durchfluss des Motorkühlsystem hat.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine einfache und effiziente Kühlung der Brennkraftmaschine und des Abwärmerückgewinnungssystems zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der erste Kühlkreis und der zweite Kühlkreis unmittelbar stromaufwärts des Kühlmittelkühlers in einem Sammelbereich zu dem gemeinsamen Kühlabschnitt zusammengeführt sind.

Der Ausdruck „unmittelbar" ist hier so zu verstehen, dass zwischen dem Sammelbereich und dem Kühlmittelkühler keine weiteren Armaturen, Aggregate oder Einrichtungen, wie Pumpen, Ventile oder Brennkraftmaschine angeordnet sind. Das Kühlmittel strömt somit von dem ersten und zweiten Kühlkreis, gegebenenfalls übereine gemeinsame Sammelleitung, direkt in den Kühlmittelkühler, ohne dass weitere Elemente durchströmt werden.

Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der erste Kühlkreis und der zweite Kühlkreis unmittelbar stromabwärts des ersten und/oder zweiten Thermostatventils zum gemeinsamen Kühlabschnitt zusammengeführt sind, wobei der erste und der zweite Kühlkreis stromaufwärts der ersten Pumpe und/oder der zweiten Pumpe vom gemeinsamen Kühlabschnitt verzweigt sein können. Zwischen den Thermostatventilen und dem gemeinsamen Kühlabschnitt sind auch hier keine weiteren Armaturen, Aggregate oder Einrichtungen angeordnet, welche vor dem Eintritt in den Sammelbereich vom Kühlmittel durchströmt werden.

Der gemeinsame Kühlkreisabschnitt weist bevorzugt ausschließlich den Kühlmittelkühler, vorzugsweise samt Anschlussleitungen und/oder Sammelbereich und/oder Verzweigungsbereich, auf. Somit wird nur der Kühler sowohl vom Kühlmittel aus dem ersten Kühlkreis, als auch vom Kühlmittel aus dem zweiten Kühlkreis durchströmt.

Um eine temperaturabhängige selektive Kühlung der Brennkraftmaschine und des Abwärmerückgewinnungssystems zu ermöglichen, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Kühlmittelkühler über eine sich zwischen einer ersten Abzweigung und einer ersten Mündung erstreckende erste Bypass-Leitung des ersten Kühlkreises und über eine sich zwischen einer zweiten Abzweigung und einer zweiten Mündung erstreckende zweite Bypass-Leitung des zweiten Kühlkreises umgehbar ist, wobei der Durchfluss durch die erste Bypass-Leitung mittels des ersten Thermostatventils und der Durchfluss durch die zweite Bypass-Leitung mittels des zweiten Thermostatventils steuerbar ist. Die erste Abzweigung oder die erste Mündung kann durch das erste Thermostatventil gebildet sein. Die zweite Abzweigung oder die zweite Mündung kann durch das zweite Thermostatventil gebildet sein.

Vorzugsweise ist die erste Mündung der ersten Bypass-Leitung zwischen dem Verzweigungsbereich und der ersten Pumpe, und die zweite Mündung der zweiten Bypass-Leitung zwischen dem Verzweigungsbereich und der zweiten Pumpe angeordnet. Weiters kann die erste Abzweigung der ersten Bypass-Leitung zwischen der Brennkraftmaschine und dem Sammelbereich, und die zweite Abzweigung der zweiten Bypass-Leitung zwischen dem Kondensator und dem Sammelbereich angeordnet sein.

Um die gegenseitige Beeinflussung der beiden Kühlkreisläufe möglichst gering zu halten, kann die zweite Pumpe vorteilhaft als Verdrängerpumpe ausgeführt sein.

Der kleinere Kühlmittelstrom des zweiten Kühlkreises des WHR-Systems bleibt damit vom größeren Kühlmittelstrom des ersten Kühlkreises der Brennkraftmaschine weitgehend unbeeinflusst.

Die Kühlung des Abwärmerückgewinnungssystems erfolgt mit demselben Kühlmittel wie die Kühlung der Brennkraftmaschine. Im Vergleich zur direkten Luft-Kühlung eines Ethanol-durchströmten Kondensators ergibt sich damit eine höhere Betriebssicherheit. Im Vergleich zu einem WHR-System, dessen Kühlung in den Kühlkreis der Brennkraftmaschine eingebunden ist, kann ein höherer Wirkungsgrad des WHR-Systems erzielt werden.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der nicht einschränkenden Figuren näher erläutert.

Es zeigen schematisch Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Kühlkreislauf in einer ersten Ausführungsvariante und Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Kühlkreislauf in einer zweiten Ausführungsvariante.

Funktionsgleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Der in den Fig. 1 und 2 jeweils dargestellte Kühlmittelkreislauf 1 weist einen ersten Kühlkreis 10 zur Kühlung einer Brennkraftmaschine 11 und einen zweiten Kühlkreis 20 für ein Abwärmerückgewinnungssystem WHR (WHR-System, Waste Heat Recovery-System) auf. Im ersten Kühlkreis 10 sind die Kühlräume der Brennkraftmaschine 11 eine erste Pumpe 12 sowie ein erstes Thermostatventil 13 angeordnet. Der zweite Kühlkreis 20 weist einen Kondensator 21 des Abwärmerückgewinnungssystems, eine zweite Pumpe 22, sowie ein zweites Thermostatventil 23 auf. Wird die zweite Pumpe 22 als Verdrängerpumpe ausgeführt, so kann eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Kühlkreisläufe 10, 20 sehr gering gehalten werden.

Der erste Kühlkreis 10 und der zweite Kühlkreis 20 weisen eine gemeinsam durchflossene Kühlabschnitt 30 zwischen einem Sammelbereich 31 und einem Verzweigungsbereich 32 auf, wobei im gemeinsamen Kühlabschnitt 30 ein gemeinsame genutzter Kühlmittelkühler 33, beispielsweise ein Wasser/Luft-Wärmetauscher, angeordnet ist. Im Sammelbereich 31 sind erste Teilstränge 16 und zweite Teilstränge 26 des ersten bzw. zweiten Kühlkreises 10, 20 zum gemeinsamen Kühlabschnitt 30 zusammengeführt. Im Verzweigungsbereich 32 verzweigt sich der gemeinsame Kühlabschnitt 30 in erste und zweite Äste 17, 27. Der Kühlmittekühler 33 kann durch eine sich zwischen einer ersten Abzweigung 18 und einer ersten Mündung 19 sich erstreckende erste Bypass Leitung 14 des ersten Kühlkreises 10, sowie eine sich zwischen einer zweiten Abzweigung 28 und einer zweiten Mündung 29 sich erstreckende zweite Bypass Leitung 24 des zweiten Kühlkreises 20 umgangen werden, wobei der Durchfluss durch die erste Bypass Leitung 14 und den gemeinsamen Kühlabschnitt 30 durch das erste Thermostatventil 13, und der Durchfluss durch die zweite Bypass Leitung 24 und den gemeinsame Kühlabschnitt 30 durch das zweite Thermostatventil 23 gesteuert wird. Im ersten und/oder zweiten Kühlkreis 10, 20 können, falls notwendig, Rückschlagventile 25 (Fig. 2) angeordnet sein, um eine ungewollte Umkehr der Strömungsrichtung sicher zu vermeiden. Solche Rückschlagventile werden bevorzugt in den Strömungsabschnitten 16, 26 in der Nähe des Sammelbereiches angeordnet.

Bei der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsvariante sind sowohl das erste, als auch das zweite Thermostatventil 13, 23 unmittelbar stromaufwärts des Sammelbereich 31 und des Kühlmittelkühlers 33 angeordnet.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsvariante unterscheidet sich von dieser dadurch, dass das zweite Thermostatventil 23 stromabwärts des Kühlmittelkühlers 33 und des Verzweigungsbereichs 32 angeordnet ist. Zwischen dem Eintritt in die zweite Bypass Leitung 24 und dem Sammelbereich 31 ist ein Rückschlagventil 25 vorgesehen.

Die Kühlung des Abwärmerückgewinnungssystems WHR erfolgt mit demselben Kühlmittel wie die Kühlung der Brennkraftmaschine 11. Im Vergleich zur direkten Luft-Kühlung eines Ethanol-durchströmten Kondensators ergibt sich damit eine höhere Betriebssicherheit. Im Vergleich zu einem WHR-System, dessen Kühlung in den Kühlkreis der Brennkraftmaschine eingebunden ist, kann ein höherer Wirkungsgrad des Abwärmerückgewinnungssystems WHR erzielt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Kühlmittelkreislauf (1) mit einer Brennkraftmaschine (11), einem Kühlmittelkühler (33), einem ersten Thermostatventil (13), einer ersten Pumpe (12), einem Kondensator (21), einem zweiten Thermostatventil (23) und einer zweiten Pumpe (22) eines Abwärmerückgewinnungssystems (WHR), wobei die Brennkraftmaschine (11), die erste Pumpe (12), der Kühlmittelkühler (33) und das erste Thermostatventil (13) in einem ersten Kühlkreis (10) angeordnet sind, und der Kondensator (21), das zweite Thermostatventil (23) und die zweite Pumpe (22) in einem zweiten Kühlkreis (20) angeordnet sind, und wobei der erste Kühlkreis (10) und der zweite Kühlkreis (20) miteinander strömungsverbunden sind und sich stromabwärts des Kühlmittelkühlers (33) in einem Verzweigungsbereich (32) von einem den Kühlmittelkühler (33) aufweisenden gemeinsamen Kühlabschnitt (30) verzweigen, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkreis (10) und der zweite Kühlkreis (20) unmittelbar stromaufwärts des Kühlmittelkühlers (33) in einem Sammelbereich (31) zu dem gemeinsamen Kühlabschnitt (30) zusammengeführt sind.
2. Kühlmittelkreislauf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkreis (10) und der zweite Kühlkreis (20) unmittelbar stromabwärts des ersten und/oder zweiten Thermostatventils (13, 23) zum gemeinsamen Kühlabschnitt (30) zusammengeführt sind.
3. Kühlmittelkreislauf (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkreis (10) und der zweite Kühlkreis (20) unmittelbar stromaufwärts des ersten und/oder zweiten Thermostatventils (13, 23) vom gemeinsamen Kühlabschnitt (30) verzweigt sind.
4. Kühlmittelkreislauf (1) nach einem der Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkreis (10) und der zweite Kühlkreis (20) stromaufwärts der ersten und/oder zweiten Pumpe (12, 22) vom gemeinsamen Kühlabschnitt (30) verzweigt sind.
5. Kühlmittelkreislauf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Kühlabschnitt (30) nur den Kühlmittelkühler (33), vorzugsweise samt Anschlussleitungen und/oder Sammelbereich (31) und/oder Verzweigungsbereich (32), aufweist.
6. Kühlmittelkreislauf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkühler (33) über eine sich zwischen einer ersten Abzweigung (18) und einer ersten Mündung (19) erstreckende erste Bypass-Leitung (14) des ersten Kühlkreises (10) und/oder übereine sich zwischen einer zweiten Abzweigung (28) und einer zweiten Mündung (29) erstreckende zweite Bypass-Leitung (24) des zweiten Kühlkreises (20) umgehbar ist, wobei der Durchfluss durch die erste Bypass-Leitung (24) mittels des ersten Thermostatventils (13) und der Durchfluss durch die zweite Bypass-Leitung (24) mittels des zweiten Thermostatventils (23) steuerbar ist.
7. Kühlmittelkreislauf (1) nach Ansprüche 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Mündung (19) der ersten Bypass-Leitung (14) zwischen dem Verzweigungsbereich (32) und der ersten Pumpe (12), und die zweite Mündung (29) der zweiten Bypass-Leitung (24) zwischen dem Verzweigungsbereich (32) und der zweiten Pumpe (22) angeordnet sind.
8. Kühlmittelkreislauf (1) nach Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abzweigung (18) der ersten Bypass-Leitung (14) zwischen der Brennkraftmaschine (1) und dem Sammelbereich (31), und die zweite Abzweigung (28) der zweiten Bypass-Leitung (24) zwischen dem Kondensator (21) und dem Sammelbereich (31) angeordnet sind.
9. Kühlmittelkreislauf (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abzweigung (18) oder die erste Mündung (19) durch das erste Thermostatventil (13) und die zweite Abzweigung (28) oder die zweite Mündung (29) durch das zweite Thermostatventil (23) gebildet sind.
10. Kühlmittelkreislauf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Pumpe (22) als Verdrängerpumpe ausgebildet ist.