DE10113652A1

DE10113652A1 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE10113652A1
Application number: DE2001113652
Authority: DE
Inventors: Roland Schmidt; Gerta Rocklage; Dirk Vollmer; Nizar Taghouti; Claude Berling
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2002-10-02
Also published as: WO2002077426A1

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

Stand der Technik

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.

Vorteile der Erfindung

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.

Zeichnung

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.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

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

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.