DE10006877A1 - Automobile cooling system has switching valve directing cooling liquid through cooling path containing engine cooling mantle and heat exchanger or cooling path containing electronic control module - Google Patents
Automobile cooling system has switching valve directing cooling liquid through cooling path containing engine cooling mantle and heat exchanger or cooling path containing electronic control moduleInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug - nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a cooling system, in particular for a Motor vehicle - according to the preamble of claim 1.
In Kraftfahrzeugen kommen in wachsendem Maße elektronische Baugruppen zum Einsatz. Da die Elektronik während des Betriebes Verlustwärme erzeugt, müssen die elektronischen Baugruppen gekühlt werden.In motor vehicles there are increasingly electronic ones Assemblies used. Since the electronics during the Operating heat generated must be electronic Assemblies are cooled.
Brennkraftmaschinen als Antrieb von Kraftfahrzeugen erzeugen bekanntlich ebenfalls beträchtliche Verlustwärme. Bin für den Antriebsmotor vorgesehener Kühler erreicht Temperaturen von 110-120°C. Derartig hohe Temperaturen sind für die Kühlung elektrischer Baugruppen ungeeignet.Internal combustion engines for driving motor vehicles are also known to generate considerable heat loss. I reached the cooler provided for the drive motor Temperatures from 110-120 ° C. Such high temperatures are unsuitable for cooling electrical assemblies.
D. h.: Werden z. B. in einem Kraftfahrzeug Bauteile und Komponenten eingesetzt, die aufgrund der auftretenden Verluste gekühlt werden müssen, ergibt sich oft das Problem, dass das Temperaturniveau des konventionellen Kühlkreislaufs zu hoch ist. Im "worst case" ist hier mit Wasservorlauftemgeraturen von bis zu 120°C zu rechnen, während der Temperaturunterschied zum Rücklauf mit ca 5°C bis 7°C eher gering ausfällt, so dass sich nach dem Kühler Wassertemperaturen von deutlich über 110°C ergeben können. I.e .: Are z. B. in a motor vehicle components and Components used because of the occurring This often results in losses having to be cooled Problem that the temperature level of the conventional Cooling circuit is too high. In the "worst case" is here with Water supply temperatures of up to 120 ° C can be expected, while the temperature difference to the return is about 5 ° C up to 7 ° C is rather low, so that after the cooler Water temperatures of well over 110 ° C can result.
Soll nun ein thermisch empfindliches Bauteil gekühlt werden, geschieht dies normalerweise, indem ein paralleler (zweiter) Kreislauf aufgebaut wird, wie Fig. 3 zeigt. Daraus sind die beiden, baulich getrennten Kreisläufe I und II ersichtlich, sowie der damit verbundene Mehraufwand an Baueinheiten. Als zu kühlendes Elektronik-Bauteil ist hier beispielsweise ein Wechselrichter eingezeichnet. Neben einer zweiten Pumpe muss auch zwangsläufig ein zweiter Kühlflüssigkeitsbehälter verwendet werden.If a thermally sensitive component is now to be cooled, this is normally done by setting up a parallel (second) circuit, as shown in FIG. 3. This shows the two structurally separate circuits I and II, as well as the associated additional outlay on structural units. An inverter is shown here, for example, as the electronic component to be cooled. In addition to a second pump, a second coolant tank must also be used.
In der vorbekannten Patentschrift DE 32 08 199 C2 wird ein Kühlwasserkreis zur Kühlung eines Kraftfahrzeugmotors beschrieben, wobei der Kühlwasserkreislauf gleichzeitig zur Kühlung weiterer, Verlustwärme erzeugender Aggregate herangezogen wird. Über ein Dreiwegeventil werden verschiedene Zweige der Kühleranordnung mit Kühlflüssigkeit versorgt. Allerdings wird die Kühlflüssigkeit von der Kühlkreislauf pumpe immer über den Verbrennungsmotor gedrückt. Durch die Abwärme des Verbrennungsmotors erreicht die Kühlwassertemperatur ca 120°C, die auf Dauer für elektrische und elektronische Bauteile nicht genutzt werden kann. Will man elektrische Bauteile, wie z. B. die in einem Wechselrichter enthaltenene Leistungselektronik und/oder Steuerelektronik kühlen, so benötigt man ein Kühlmedium von maximal 80°C.In the previously known patent DE 32 08 199 C2 a Cooling water circuit for cooling a motor vehicle engine described, the cooling water circuit at the same time Cooling of other units that generate heat loss is used. Be through a three-way valve different branches of the cooler arrangement with coolant provided. However, the coolant from the The cooling circuit always pumps via the internal combustion engine pressed. Achieved by the waste heat of the internal combustion engine the cooling water temperature approx. 120 ° C, the permanent for electrical and electronic components are not used can. Do you want electrical components such. B. the one Power electronics and / or contained inverters Cool control electronics, so you need a cooling medium from maximum 80 ° C.
Da die mit der DE 32 08 199 C2 aufgezeigte technische Lehre trotz Verwendung eines Dreiwegeventils nicht in der Lage ist, ein Kühlsystem mit zwei unterschiedlich hohen Temperaturen zu schaffen, wird nach wie vor üblicherweise eine weitere Kühlkreisanordnung mit einem weiteren Kühler gewählt.Since the technical teaching shown in DE 32 08 199 C2 unable to use despite using a three-way valve is a cooling system with two different heights Creating temperatures is still common another cooling circuit arrangement with another cooler chosen.
Die DE 43 27 281 C1 schlägt vor, Aggregate, die zueinander unterschiedliche Kühltemperaturniveaus benötigen, jeweils einem separaten Kühlmittelkreislauf zuzuordnen, wie z. B. aus Fig. 1 der genannten Patentschrift ersichtlich ist, sind zwei Kühlkreise I und II durch den gemeinsamen Wärmetauscher-Kühler (10) voneinander getrennt. Der Wärmetauscher-Kühler (10) ist ein technisch aufwendiges Bauteil, denn es stellt nicht nur eine thermische Verknüpfung zwischen den beiden Kreisen I und II dar, sondern sorgt zudem für einen Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft mit Hilfe eines Kühlerventilators (22). Zudem ist für jeden Kühlkreislauf eine separate Umwälzpumpe erforderlich. Aus alledem geht hervor, dass zur Erlangung zweier unterschiedlicher Kühltemperaturen ein ziemlich großer Aufwand getrieben werden muß.DE 43 27 281 C1 proposes to assign aggregates that require different cooling temperature levels to a separate coolant circuit, such as. B. from Fig. 1 of said patent, two cooling circuits I and II are separated by the common heat exchanger cooler ( 10 ). The heat exchanger cooler ( 10 ) is a technically complex component because it not only represents a thermal link between the two circuits I and II, but also ensures heat exchange with the ambient air with the aid of a cooler fan ( 22 ). A separate circulation pump is also required for each cooling circuit. It follows from all of this that a fairly large effort has to be made to obtain two different cooling temperatures.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine relativ einfache und damit preiswerte Kühlkreisanordnung für zwei unterschiedliche Temperaturniveaus zu schaffen.The object of the present invention is a relatively simple and therefore inexpensive cooling circuit arrangement for two different temperature levels.
Wie insbesondere aus Anspruch 1 hervorgeht, sieht die erfindungsgemäße Lösung eine einheitliche Kühlkreisanordnung vor, in der das zu kühlende Elektronik- Bauteil (z. B. ein Wechselrichter) in einem Nebenkreislauf integriert ist, über ein Taktventil kann nun entweder der Zweig I (Verbrennungsmotor-Kreislauf) oder der Zweig II (Wechselrichter-Kreislauf) bedarfsgerecht bedient werden. Da beide Kühlzweige (Kreislauf I und II) über die Umwälzpumpe einerseits und das Taktventil andererseits miteinander verbunden sind, wird insgesamt auch nur ein einziger Ausgleichsbehälter benötigt.As can be seen in particular from claim 1, the solution according to the invention a uniform Cooling circuit arrangement in which the electronics to be cooled Component (e.g. an inverter) in a secondary circuit is integrated, either the Branch I (internal combustion engine circuit) or branch II (Inverter circuit) can be operated as required. Since both cooling branches (circuit I and II) over the Circulation pump on the one hand and the clock valve on the other are connected to each other, only one only expansion tank required.
Weitere vorteilhafte Ausführungsdetails der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Further advantageous embodiment details of the invention result from the subclaims.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen zwei verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kühlsystems jeweils anhand eines Blockschaltbildes; . Fig. 1 and 2 show two different embodiments of the cooling system according to the invention in each case with reference to a block diagram;
Fig. 3 zeigt einen herkömmlichen Aufbau, ebenfalls als Blockschaltbild. Fig. 3 shows a conventional structure, also as a block diagram.
Das in Fig. 3 dargestellte konventionell aufgebaute Kühlsystem 2' besteht aus zwei voneinander völlig getrennten Kühlkreisläufen I' und II'. Jeder der beiden Kreisläufe I' bzw. II' weist sämtliche für den Betrieb erforderlichen Aggregate auf: Jeweils einen Kühler 4, 6, jeweils eine Umwälzpumpe 8, 10, jeweils einen Ausgleichsbehälter 12, 14 und jeweils mindestens ein Verlustwärme erzeugendes Bauteil.The conventionally constructed cooling system 2 'shown in FIG. 3 consists of two cooling circuits I' and II 'which are completely separate from one another. Each of the two circuits I 'and II' has all the aggregates required for operation: in each case a cooler 4 , 6 , in each case a circulating pump 8 , 10 , in each case an expansion tank 12 , 14 and in each case at least one component which generates heat loss.
Im vorliegenden Fall befindet sich im Kreis I' der Kühlmantel des Verbrennungsmotors 16 und der Kühlmantel eines Generators/Elektromotors 18. Der Motor-Kühler 4 ist ein Luft/Flüssigkeits-Wärmetauscher, dem ein Lüfter- Ventilator 20 zugeordnet ist. Die Aggregate sind durch Rohr- bzw. Schlauchleitungen 22a miteinander verbunden, wobei der Kühlmantel des Verbrennungsmotors 16, der Kühlmantel des Stators 18, der Kühler 4 und die Umwälzpumpe 8 den geschlossenen Kühlkreislauf I' bilden. Der Kreis II' umfasst den Kühler 6, die Umwälzpumpe 10, den Kühlmantel eines Verlustwärme erzeugenden Wechselrichters 24 und den Ausgleichsbehälter 14. Wechselrichter 24, Kühler 6 und Pumpe 10 bilden hier den durch Rohr- bzw. Schlauchleitungen 22b verbundenen, geschlossenen Kühlkreis II'.In the present case, the cooling jacket of the internal combustion engine 16 and the cooling jacket of a generator / electric motor 18 are located in the circle I '. The engine cooler 4 is an air / liquid heat exchanger to which a fan 20 is assigned. The units are connected to one another by pipe or hose lines 22 a, the cooling jacket of the internal combustion engine 16 , the cooling jacket of the stator 18 , the cooler 4 and the circulation pump 8 forming the closed cooling circuit I '. The circuit II ′ comprises the cooler 6 , the circulation pump 10 , the cooling jacket of an inverter 24 that generates heat loss and the expansion tank 14 . Inverter 24 , cooler 6 and pump 10 form here the closed cooling circuit II 'connected by pipes 22 b.
Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems 2 weist nur einen einzigen Kühlkreis auf, wobei jeweils ein Verlustwärme produzierendes Bauteil in zwei parallel zueinander angeordneten Zweigen I, II integriert ist. Der gemeinsame Zweig des Kühlsystems 2 weist eine Umwälzpumpe 8 auf. Über ein Dreiwegeventil 26 verzweigt sich der Kühlkreis auf die beiden Zweige I und II. Der Zweig I weist einen Kühler 4 nebst Lüfterventilator 20, den Kühlmantel eines Elektromotors (Stators) 18 und den Kühlmantel einer Brennkraftmaschine 16 auf. Die aufgezählten Aggregate sind in herkömmlicher Weise durch Kühlflüssigkeit führende Rohre oder Schläuche 22 miteinander verbunden. Ein Ausgleichsbehälter 12 kann an jeder beliebigen Stelle an das Rohr/Schlauchsystem 22 angeschlossen sein. Der dem Kühler 4 zugeordnete Lüfter-Ventilator 20 kann bedarfsgerecht in Betrieb gesetzt werden. Der Zweig II weist einen weiteren (Nebenaggregate-)Kühler 6 und den Kühlmantel eines Elektronik-Bauteils (z. B. eines Wechselrichters) 24 auf. Durch eine thermostatische Steuerung des Dreiwege-Ventils 26 können in den beiden Zweigen I, II des Kühlsystems 2 unterschiedliche Temperaturniveaus eingestellt werden.The embodiment of the cooling system 2 according to the invention shown in FIG. 1 has only a single cooling circuit, a component producing heat loss being integrated in two branches I, II arranged parallel to one another. The common branch of the cooling system 2 has a circulation pump 8 . The cooling circuit branches to the two branches I and II via a three-way valve 26. The branch I has a cooler 4 together with a fan 20 , the cooling jacket of an electric motor (stator) 18 and the cooling jacket of an internal combustion engine 16 . The units listed are connected to one another in a conventional manner by pipes or hoses 22 carrying coolant. An expansion tank 12 can be connected to the pipe / hose system 22 at any point. The fan fan 20 assigned to the cooler 4 can be put into operation as required. Branch II has a further (auxiliary unit) cooler 6 and the cooling jacket of an electronic component (for example an inverter) 24 . By a thermostatic control of the three-way valve 26 may II of the cooling system 2 different temperature levels set in the two branches I.
Die Fig. 2 zeigt eine Abwandlung des in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Kühlsystems 2. Wie gemäß Fig. 1 befindet sich in einem gemeinsamen Zweig eine Umwälzpumpe 8, während in den beiden über ein Dreiwege- Ventil 26 gebildeten Zweigen I, II jeweils mindestens ein Verlustwärme erzeugendes Bauteil 18, 24 integriert ist. FIG. 2 shows a modification of the cooling system 2 according to the invention shown in FIG. 1. As in FIG. 1, a circulation pump 8 is located in a common branch, while at least one component 18 , 24 generating heat loss is integrated in each of the two branches I, II formed by a three-way valve 26 .
Im Zweig I ist statt der Folge: Kühler 4 - Stator 18 - Motor 16 die Folge: Stator 18 - Motor 16 - Kühler 4 vorgesehen. Außerdem ist in dem Zweig I ein Ausgleichsbehälter 12 angeschlossen.In branch I instead of the sequence: cooler 4 - stator 18 - motor 16 the sequence: stator 18 - motor 16 - cooler 4 is provided. In addition, an expansion tank 12 is connected in branch I.
Der Kreis II weist hier - ebenso wie gemäß Fig. 1 - einen (Nebenaggregate-)Kühler 8 und den Kühlmantel eines Elektronik-Bauteils 24 auf. An den (Nebenaggregate-)Kühler 6 kann ein Lüfter-Ventilator 28 angeschlossen sein. As in FIG. 1, the circuit II here has a (auxiliary unit) cooler 8 and the cooling jacket of an electronic component 24 . A fan fan 28 can be connected to the (auxiliary unit) cooler 6 .
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel können in den beiden Zweigen Jeweils voneinander unterschiedliche Temperaturniveaus eingestellt werden. Auch kann in jedem Zweig I, II des Kühlsystems 2 jeweils mehr als ein einziges, Verlustwärme erzeugendes Bauteil integriert sein. Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsfarm kann die Kühlleistung des Motorkühlers 4 für die Kühlung der in dem Zweig II integrierten Elektronik-Bauteile mit benutzt werden.In this exemplary embodiment, too, different temperature levels can be set in the two branches. In each branch I, II of the cooling system 2 , more than one single component that generates heat loss can also be integrated. According to the embodiment shown in FIG. 2, the cooling capacity of the engine cooler 4 can also be used for cooling the electronic components integrated in the branch II.
Mit jeder dar beschriebenen Ausführungsformen des
erfindungsgemäßen Kühlsystems 2 sind folgende
Zustandsänderungen einstellbar:
The following status changes can be set with each embodiment of the cooling system 2 according to the invention described:
-
1. Kein Bauteil muß gekühlt werden:
- - Da kein Kühlbedarf besteht, bleibt die Umwälzpumpe ausgeschaltet.
- - Das Dreiwegeventil wird nicht getaktet.
- - Since there is no need for cooling, the circulation pump remains switched off.
- - The three-way valve is not clocked.
-
2. Nur der Verbrennungsmotor muss gekühlt werden:
- - Das Dreiwegeventil (Taktventil) schaltet den Zweig II aus.
- - Die Kühlmittelführung erfolgt nur über den Verbrennungsmotor-Zweig I.
- - The three-way valve (cycle valve) switches off branch II.
- - The coolant is only supplied via the internal combustion engine branch I.
-
3. Nur das andere, Verlustwärme erzeugende Bauteil (z. B.
ein Wechselrichter) muss gekühlt werden:
- - Das Dreiwegeventil (Taktventil) schaltet den Verbrennungsmotor-Zweig I aus.
- - Die Kühlmittelführung erfolgt nur über den Wechselrichter-Zweig II.
- - The three-way valve (cycle valve) switches off the internal combustion engine branch I.
- - The coolant is only supplied via inverter branch II.
- 4. Wechselrichter und Verbrennungsmotor müssen gekühlt werden: 4. The inverter and internal combustion engine must be cooled become:
- 5. Das Dreiwegeventil (Taktventil) schaltet nun unter Berücksichtigung der tatsächlich in den Bauteilen (Verbrennungsmotor und Wechselrichter) vorliegenden und gewünschten Temperaturen, über ein Steuergerät getaktet (z. B. mit Hilfe einer digitalen Motoreketronik), bedarfsgerecht zwischen den beiden Zweigen I und II hin und her.5. The three-way valve (cycle valve) now switches under Taking into account the actually in the components (Internal combustion engine and inverter) present and desired temperatures, clocked via a control unit (e.g. with the help of digital motor electronics), as needed between the two branches I and II forth.
22
Kühlsystem
Cooling system
22
' konventionelles Kühlsystem
I (Kühl-)Zweig I
II (Kühl-)Zweig II
I' erster konventioneller Kühlkreis
II' zweiter konventioneller Kühlkreis
'' conventional cooling system
I (cooling) branch I
II (cooling) branch II
I'm first conventional cooling circuit
II 'second conventional cooling circuit
44
(Motor-)Kühler
(Engine) cooler
66
(Nebenaggregate-)Kühler, (Elektronikbauteile-)Kühler
(Auxiliary unit) cooler, (electronic component) cooler
88th
Umwälzpumpe
Circulation pump
1010th
(weitere) Umwälzpumpe
(further) circulation pump
1212th
Ausgleichsbehälter
surge tank
1414
(zweiter) Ausgleichsbehälter
(second) expansion tank
1616
Kühlmantel der Brennkraftmaschine
Cooling jacket of the internal combustion engine
1818th
Kühlmantel eines E-Motors (Stators);
weiteres, Verlustwärme erzeugendes Aggregat
Cooling jacket of an electric motor (stator); another unit generating heat loss
2020th
Kühler-Lüfter, Lüfter-Ventilator
Radiator fan, fan fan
2222
Rohr/Schlauchleitungen
Pipe / hose lines
2222
a, a,
2222
b Rohr/Schlauchleitungen
b Pipe / hose lines
2424th
Elektronik-Bauteil, z. B. Wechselrichter
Electronic component, e.g. B. Inverters
2626
Dreiwege-Ventil
Three-way valve
2828
Lüfter-Ventilator
Fan fan
Claims (6)
- - einen Kühlmantel (16) für die Brennkraftmaschine,
- - einen als Kühler (4) dienenden Luft/Flüssigkeits- Wärmetauscher,
- - eine Umwälzpumpe (8) und
- - einen Ausgleichsbehälter (12) auf weist,
und wobei in dem Kühlsystem (2) ein Mehrwege-Ventil integriert ist, dem ein weiteres Verlustwärme erzeugendes Bauteil (24) nachgeschaltet ist,
dadurch gekennzeichnet,
- - dass ein erster Zweig (I) des Kühlsystems (2) einen Kühler (4) und den Kühlmantel eines Verbrennungsmotors (16),
- - dass ein zweiter Zweig (II) ein weiteres zu kühlendes Aggregat (24), und
- - dass ein gemeinsamer Zweig eine Umwälzpumpe (8) aufweist.
- - a cooling jacket ( 16 ) for the internal combustion engine,
- an air / liquid heat exchanger serving as a cooler ( 4 ),
- - A circulation pump ( 8 ) and
- - has an expansion tank ( 12 ),
and in which a multi-way valve is integrated in the cooling system ( 2 ), followed by a further component ( 24 ) generating heat loss,
characterized by
- - That a first branch (I) of the cooling system ( 2 ) a cooler ( 4 ) and the cooling jacket of an internal combustion engine ( 16 ),
- - That a second branch (II) a further unit to be cooled ( 24 ), and
- - That a common branch has a circulation pump ( 8 ).
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EP1126142A3 (en) | 2003-03-12 |
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