DE10113652A1 - Wärmetauscher - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung geht von einem Wärmetauscher (20, 22, 36) in einem Kühlflüssigkeitskreislauf (16) eines Kraftfahrzeugs mit elektrisch ansteuerbaren Regelventilen (42, 44, 46) aus. Es wird vorgeschlagen, dass an seinem Vorlauf (54) oder Rücklauf (56) ein Regelventil (42, 44, 46) angeordnet und mit ihm zu einer Baueinheit zusammengefasst ist.
Description
Die Erfindung geht von einem Wärmetauscher nach dem Oberbe
griff des Anspruchs 1 aus.
Das Wärmemanagement einer Brennkraftmaschine und eines Fahr
zeugs, d. h. das Kühlen und Erwärmen von Aggregaten und Ein
richtungen auf eine optimale Betriebstemperatur, ist für den
Wirkungsgrad und damit für die Wirtschaftlichkeit des Sy
stems "Fahrzeug" von entscheidender Bedeutung. Es ist daher
wünschenswert, dass die Einrichtungen und Aggregate, z. B.
die Brennkraftmaschine des Fahrzeugs, die Heizung des Fahr
gastraums, möglichst schnell ihre optimale Betriebstempera
tur erreichen und diese möglichst während des gesamten Be
triebs beibehalten, auch in Betriebsbereichen, in denen der
Wärmeanfall in der Brennkraftmaschine gering ist.
Aus der EP 0 499 071 A1 ist eine Kühlanlage für ein Fahrzeug
mit einem Verbrennungsmotor bekannt. Die Kühlanlage umfasst
mehrere Kreisläufe mit zugeordneten Wärmetauschern. Die Tem
peraturen unterschiedlicher Kühlmedien werden gemessen und
in einer zentralen Auswerteeinrichtung zu Ausgangssignalen
verarbeitet, durch die elektrisch ansteuerbare Einrichtungen
wie drehzahlgeregelte Pumpen, drehzahlgeregelte Lüfter,
elektrisch ansteuerbare Ventile und eine im Luftströmungsweg
angeordnete Jalousie ansteuerbar sind. Die Wärmetauscherlei
stung bzw. die Lüfterdrehzahl wird für alle Kühlkreisläufe
stets nach dem höchsten Bedarf eines der Kühlkreisläufe aus
gerichtet. Durch das zentrale Wärmemanagement wird erreicht,
dass für die Kühlung und Erwärmung des Systems wenig An
triebsenergie für Pumpen und Lüfter aufzuwenden ist und dem
System nicht zu viel Wärmeenergie entzogen wird. Infolgedes
sen werden beim Start schnell die erforderlichen Betriebs
temperaturen erreicht. Derartige Kühlsysteme sind sehr kom
plex und werden aus sehr vielen einzelnen Bauteilen zusam
mengesetzt, die am Fahrzeug befestigt werden müssen. Dies
ist wegen des beengten Bauraums oft sehr schwierig.
Nach der Erfindung ist an einem Vorlauf oder einem Rücklauf
eines Wärmetauschers, beispielsweise eines Kühlers, Hei
zungswärmetauschers oder Ölkühlers, ein elektrisch ansteuer
bares Regelventil angeordnet und mit diesem zu einer Bauein
heit zusammengefasst. Durch das Zusammenfassen funktional
zusammenwirkender Komponenten wie des Wärmetauschers mit dem
elektrisch angetriebenen Regelventil und gegebenenfalls der
Sensorik entsteht eine vormontierte Wärmetauschereinheit,
die mit geringem Aufwand ins Kraftfahrzeug montiert werden
kann und keine eigene Anbauvorrichtung für das Regelventil
erfordert. Ferner verringert sich der logistische Aufwand
für den Fahrzeughersteller.
Die Regelventile werden nach den Vorgaben eines Wärmemanage
ments einer Brennkraftmaschine und eines Fahrzeugs von einer
zentralen Steuereinheit in Abhängigkeit der Betriebs- und
Umgebungsparameter der Brennkraftmaschine und des Kühlkreis
laufs angesteuert. Sie bestimmen sehr direkt den Durchfluss
durch den Wärmetauscher, so dass die an den einzelnen Wärme
quellen, z. B. an der Brennkraftmaschine, einer Klimaanlage,
einem Getriebe, einem Turbolader usw., anfallende Wärme be
darfsgerecht nach den bestehenden Prioritäten optimal ver
teilt und überschüssige Wärme abgeführt werden kann. Aus den
vorgefertigten Standardkomponenten lassen sich je nach An
wendungsfall mehr oder weniger komplexe Kühlflüssigkeits
kreisläufe zusammenstellen.
Das Regelventil kann in vorteilhafter Weise in den Wärmetau
scher integriert sein, z. B. indem es in einem Sammelraum an
geordnet ist, der zum Verteilen der Kühlflüssigkeit auf die
Kühlkanäle des Wärmetauschers oder zum Sammeln der Kühlflüs
sigkeit nach dem Durchlauf durch die Kühlkanäle dient. Gege
benenfalls können Sensoren, z. B. Temperatursensoren und/oder
Drucksensoren, ebenfalls integriert werden, um die Betriebs
parameter in der Nähe des Regelventils zu erfassen.
Die bedarfsgerechte Regelung der Kühlmittelströme ist beson
ders bei modernen Brennkraftmaschinen mit weiter verbesser
ten Wirkungsgraden sinnvoll, da bei diesen Maschinen weniger
Wärmeleistung anfällt, so dass in einigen Betriebsbereichen
eine sehr geringe Wärmemenge zur Verfügung steht, die zum
Heizen des Fahrgastraums, Enteisen der Scheiben, zum Vorwär
men von Aggregaten und zu ähnlichen Zwecken genutzt werden
kann. Die Regelung des Kühlmittelkreislaufs neuer Hubkolbenbrennkraftmaschinen
wandelt sich deshalb immer mehr von der
reinen Wärmeabfuhr zu einer gezielten Wärmeverteilung und
entspricht gleichzeitig den neuen Komfort-, Verbrauchs- und
Emissionsanforderungen.
Außerdem ist es bei einem intelligenten Wärmemanagement
wichtig, dass die Regelventile eine kontinuierliche Verstel
lung zulassen, damit das Kühlmittel genau dosiert zu den
Wärmetauschern gelangt. Nach einer Ausgestaltung der Erfin
dung sind deshalb als Regelventile elektrisch angetriebene
Proportionalventile vorgesehen. Diese Ventile verstellen ei
ne hydraulische Ausgangsgröße stetig in Abhängigkeit einer
elektrischen Eingangsgröße. Durch den Einsatz von Proportio
nalventilen in einem Kühlkreislauf wird die Durchflussmenge
des Kühlmittels durch den Wärmetauscher stetig verstellt.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungs
beschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und
die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination.
Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch ein
zeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zu
sammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kühl
kreislaufs einer Hubkolbenbrennkraftmaschine,
Fig. 2 einen Wärmetauscher mit einem Regelventil als
Baueinheit schematisch dargestellt und
Fig. 3 eine Variante zu Fig. 2.
Ein beispielhaft dargestellter Kühlflüssigkeitskreislauf 16
umfasst einen Kühler 20, der über eine Saugleitung 30 mit
einer Wasserpumpe 18 verbunden ist. Diese fördert durch eine
Einlassleitung 34 Kühlflüssigkeit in einen Zylinderblock 14
einer Hubkolbenbrennkraftmaschine 10. Die Kühlflüssigkeit
gelangt vom Zylinderblock 14 in den Zylinderkopf 12 und
strömt von dort über eine Rückströmleitung 26 in den Kühler
20 zurück. Der Kühler 20 wird durch Fahrtwind gekühlt. Im
Bedarfsfall wird ein Lüfter 24 aktiv, um den Kühler 20 mit
Kühlluft zu versorgen.
Von der Rückstromleitung 26 zweigt eine Heizleitung 32 ab,
in der ein Heizwärmetauscher 22 angeordnet ist. Dieser sorgt
mit Hilfe eines nicht näher dargestellten Gebläses für die
Erwärmung eines nicht dargestellten Fahrgastraums sowie zum
Belüften und Enteisen von Fahrzeugscheiben. Vom Heizwärme
tauscher 22 strömt die Kühlflüssigkeit zur Saugleitung 30
zurück.
Vom Zylinderblock 14 wird ein Teil des Kühlmittelstroms ab
gezweigt und über eine Ölkühlerleitung 38, in der ein Ölküh
ler 36 angeordnet ist, zur Saugleitung 30 zurückgeführt. Der
Ölkühler 36 ist an einen Ölkreislauf 40 der Brennkraftma
schine 10 angeschlossen. Schließlich ist eine Bypassleitung
28 parallel zum Kühler 20 vorgesehen, die die Rückströmlei
tung 26 mit der Saugleitung 30 verbindet. Der Durchfluss der
Kühlflüssigkeit durch den Kühler 20 wird von einem ersten
Regelventil 42 bestimmt. Ein zweites Regelventil 44 steuert
den Kühlflüssigkeitsdurchfluss durch den Heizwärmetauscher
22, ein drittes Regelventil 46 den Kühlmitteldurchfluss
durch den Ölkühler 36 und ein viertes Regelventil 48 den
Kühlflüssigkeitsdurchfluss durch die Bypassleitung 28. Die
Regelventile 42, 44, 46 und 48, die zweckmäßigerweise als
elektrisch angetriebene Proportionalventile ausgebildet
sind, werden von einer elektronischen Steuereinheit 50, die
in der Regel einen Mikroprozessor aufweist, in Abhängigkeit
von Betriebsparametern, Fahrzeugparametern und Umgebungspa
rametern sowie deren Ableitungen nach der Zeit im Sinne ei
nes Wärmemanagements über Signalleitungen 52 angesteuert.
Die Regelventile 42, 44 und 46 sind entweder an einem Vor
lauf 54 oder an einem Rücklauf 56 des zugeordneten Wärmetau
schers 20, 22, 36 angebracht, und zwar das erste Regelventil
42 am Kühler 20, das zweite Regelventil 44 am Heizwärmetau
scher 22 und das dritte Regelventil 46 am Ölkühler 36. Die
Regelventile 42, 44, 46 bilden mit den zugehörigen Wärmetau
schern 20, 22, 36 eine Baueinheit, so dass sie keine zusätz
lichen Haltevorrichtungen benötigen. Ferner wird dadurch die
Teilevielfalt und der logistische Aufwand verringert. Die
Regelventile 42, 44, 46 können auch in vorteilhafter Weise
in den Wärmetauscher 20, 22, 36 integriert werden, z. B. indem
sie in einem Sammelraum 58 der Wärmetauscher 20, 22, 36
innerhalb der Kontur der Wärmetauscher 20, 22, 36 unterge
bracht sind und somit keinen zusätzlichen Bauraum und keine
zusätzlichen Haltemittel beanspruchen.
Fig. 2 zeigt beispielhaft den Kühler 20 mit dem ersten Re
gelventil 42, das am Vorlauf 54 untergebracht ist. Fig. 3
zeigt eine Variante, bei der in dem Sammelraum 58 des Küh
lers 20 das erste Regelventil 42 untergebracht ist und somit
von außen kaum erkennbar ist.
Claims (4)
1. Wärmetauscher (20, 22, 36) in einem Kühlflüssigkeits
kreislauf eines Kraftfahrzeugs mit elektrisch ansteuerbaren
Regelventilen (42, 46, 48), dadurch gekennzeichnet, dass an
seinem Vorlauf (54) oder Rücklauf (56) ein Regelventil (42,
46, 48) angeordnet und mit ihm zu einer Baueinheit zusammen
gefasst ist.
2. Wärmetauscher (20, 22, 36) nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, dass das Regelventil (42, 46, 48) ein elek
trisch angetriebenes Proportionalventil ist.
3. Wärmetauscher (20, 22, 36) nach einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil
(42, 46, 48) in dem Wärmetauscher (20, 22, 36) integriert
ist.
4. Wärmetauscher (20, 22, 36) nach einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil
(42, 46, 48) als Dreiwegeventil ausgebildet ist und eine im
Wärmetauscher (20, 22, 36) integrierte Bypassleitung (28)
steuert.
Priority Applications (2)
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DE2001113652 DE10113652A1 (de) | 2001-03-21 | 2001-03-21 | Wärmetauscher |
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WO (1) | WO2002077426A1 (de) |
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- 2001-03-21 DE DE2001113652 patent/DE10113652A1/de not_active Ceased
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2002
- 2002-03-06 WO PCT/DE2002/000810 patent/WO2002077426A1/de not_active Application Discontinuation
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