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Die
Erfindung betrifft eine Kühleranordnung für ein Fahrzeug,
mit einem ersten und einem zweiten Kühlkreislauf, welcher jeweils
einen Kühlmittel-Luft-Kühler und
einen Wärmeübertrager
zum Abführen
von Wärme über das
jeweilige Kühlmittel
umfasst. Hierbei ist das Kühlmittel
in dem zweiten Kühlkreislauf
auf eine geringere Temperatur kühlbar
als das Kühlmittel
in dem ersten Kühlkreislauf.
Die Kühleranordnung
umfasst wenigstens einen weiteren Wärmeübertrager. Die Erfindung betrifft
des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Kühleranordnung
für ein
Fahrzeug.
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Aus
dem Kraftfahrzeugbau ist bekannt, zwei separate Kühlkreisläufe einzusetzen,
in welchen das jeweilige Kühlmittel
auf unterschiedlich hohe Temperaturen abgekühlt wird. Ein erster Kühlkreislauf
dient dem Abkühlen
eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs und wird bei einer Kühlmitteltemperatur von
105°C betrieben.
Das mittels eines Kühlmittel-Luft-Kühlers realisierte
Herunterkühlen
des Kühlmittels
in dem ersten Kühlkreislauf
auf diese vergleichsweise hohe Temperatur dient einer Verbrauchsreduzierung
des Verbrennungsmotors. Da jedoch andere Aggregate des Kraftfahrzeugs
auf ein niedrigeres Temperaturniveau als die vorstehend genannten
105°C herabgekühlt werden
sollen, ist ein zweiter, Niedertemperatur-Kühlkreislauf vorgesehen. In
dem Niedertemperatur-Kühlkreislauf
steht ebenfalls mittels eines Kühlmittel-Luft-Kühlers abgekühltes Kühlmittel
für einen
weiteren Wärmeübertrager, beispielsweise
zum Kühlen
von Motoröl,
zur Verfügung.
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Weitere
Wärmeübertrager,
etwa ein Kondensator zum Kühlen
eines Kältemittels
in einem Kältemittelkreislauf
einer Klimaanlage, können
ebenfalls vorgesehen sein. Wird ein Kältemittel-Luft-Kühler als Beispiel
für einen
aus dem Stand der Technik bekannten weiteren Wärmeübertrager im Anströmungsbereich
des Kraftfahrzeugs positioniert, so steht dort nur begrenzter Bauraum
zur Verfügung. Zudem
verringert ein derartiger Wärmeübertrager
die Anströmbarkeit
der Kühlmittel-Luft-Kühler des
Hochtemperatur- Kühlkreislaufs
und des Niedertemperatur-Kühlkreislaufs.
Daneben ist durch den im Anströmungsbereich
des Kraftfahrzeugs positionierten weiteren Wärmeübertrager ein unerwünschter
Wärmeeintrag
in die Kühlmittel-Luft-Kühler gegeben.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist des daher, eine Kühleranordnung und ein Verfahren
der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bzw. welches mit
einer besonders günstigen
Anströmbarkeit
der Kühlmittel-Luft-Kühler einhergeht.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Kühleranordnung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
mit zweckmäßigen Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Patentansprüchen
angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Kühleranordnung
für ein
Fahrzeug umfasst einen ersten Kühlkreislauf
und einen zweiten Kühlkreislauf,
welcher jeweils einen Kühlmittel-Luftkühler und
einen Wärmeübertrager zum
Abführen
von Wärme über das
jeweilige Kühlmittel
umfasst. Hierbei ist das Kühlmittel
in dem zweiten Kühlkreislauf
auf eine geringere Temperatur kühlbar
als das Kühlmittel
in dem ersten Kühlkreislauf. Wenigstens
ein weiterer Wärmeübertrager
ist so in den zweiten Kühlkreislauf
eingebunden, dass dieser von dem in dem zweiten Kühlkreislauf
befindlichen Kühlmittel
durchströmbar
ist. Dem wenigstens einen weiteren Wärmeübertrager steht also beim Betreiben der
Kühlerandordnung
als Medium, in welches abzuführende
Wärme einbringbar
ist, nicht Luft, sondern das in dem zweiten Kühlkreislauf befindende Kühlmittel
zur Verfügung.
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Es
können
so weitere Komponenten im Fahrzeug über die weiteren Wärmeübertrager
oder eine Komponente, die von Kühlmittel
durchströmt
wird, gekühlt
werden, ohne dass je weiterer zu kühlender Komponente ein eigener
Kühlmittel-Luft-Kühler im Anströmungsbereich
des Fahrzeugs vorzusehen ist. Die beiden dem ersten Kühlkreislauf
und dem zweiten Kühlkreislauf
zugeordneten Kühlmittel-Luftkühler können so
besonders günstig
im Anströmungsbereich
des Fahrzeugs angeordnet werden, ohne dass sie von weiteren Kühlmittel-Luft-Kühlern versperrt sind.
Auch ein unerwünschter
zusätzlicher
Wärmeeintrag
in die Kühlmittel-Luft-Kühler des
ersten Kühlkreislaufs
und des zweiten Kühlkreislaufs
ist so vermeidbar.
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Die
Anordnung der weiteren Wärmetauscher zum
Kühlen
von Fahrzeugkomponenten ist somit unabhängig von der Fahrzeuganströmung. Diese
weiteren Wärmeübertrager können also
so angeordnet werden, dass eine besonders gute Ausnutzung des Bauraums
im Fahrzeug gewährleistet
ist.
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Bevorzugt
kann die Kühlung
jeder einzelnen Komponente für
die jeweilige Komponente separat, nach dem jeweiligen Bedarf und/oder
anhand eines Kennfelds gesteuert oder geregelt werden.
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Sowohl
durch die Anordnung der weiteren Wärmeübertrager im Fahrzeug und insbesondere durch
Vorgeben der diese durchströmenden
Menge an Kühlmittel
können
je Wärmeübertrager
unterschiedliche Temperaturniveaus eingestellt werden. In dem ersten
Kühlkreislauf,
welcher ein Hochtemperatur-Kühlkreislauf
ist, dient das Kühlmittel
bevorzugt ausschließlich
der Kühlung
des Verbrennungsmotors. Alle anderen, auf eine niedrigere Temperatur
zu kühlenden
Komponenten werden über
das in dem zweiten Kühlkreislauf
befindlichen Kühlmittel
mit einem Medium zum Abführen
von Wärme
versorgt.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein
in den zweiten Kühlkreislauf eingebundener
Wärmeübertrager
von dem in dem ersten Kühlkreislauf
befindlichen Kühlmittel
durchströmbar
in den ersten Kühlkreislauf
eingebunden. Der betreffende Wärmeübertrager
kann also wahlweise mit dem Kühlmittel
aus dem zweiten Kühlkreislauf,
also mit dem kühleren
Kühlmittel,
oder mit dem Kühlmittel
aus dem wärmeren,
ersten Kühlkreislauf beaufschlagt
werden. Auf diese Weise ist anstatt eines Abkühlens ein Erwärmen der
Komponente erreichbar.
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Dies
ist etwa dann vorteilhaft, wenn es sich bei dem Wärmeübertrager
um einen Abgasrückführungskühler oder
einen Ladeluftkühler
handelt, wobei in die Ladeluft rückgeführtes Abgas
eingebracht wird. Insbesondere bei einer mehrstufigen Abgasrückführung, welche
im Rahmen der Verringerung der Emissionen insbesondere bei mit Dieselkraftstoff
betriebenen Fahrzeugen zum Einsatz kommen kann, kann es durch die
Abgasrückführung zur
Kondensatbildung kommen. In der Kaltlaufphase des Fahrzeugs, in
welcher eine Kondensatbildung vornehmlich auftritt, kann das Aufwärmen mittels
des Kühlmittels
aus dem ersten Kühlkreislauf
eben diese Kondensatbildung verhindern. Es kann so auf eine aufwändige Steuerung
des Luftstroms über
Klappen und Überströmkanäle oder
dergleichen, welche für
Luft-Luft-Ladeluftkühler
notwendig sind, verzichtet werden.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Betreiben einer Kühleranordnung
für ein
Fahrzeug, bei welchem ein erstes Kühlmittel in einem Kühlmittel-Luft-Kühler eines
ersten Kühlkreislaufs
und an zweites Kühlmittel
in einem Kühlmittel-Luft-Kühler eines
zweiten Kühlkreislaufs
gekühlt
werden, bringt ein jeweiliger Wärmeübertrager
abzuführende
Wärme in das
jeweilige Kühlmittel
ein. Hierbei wird das Kühlmittel
in dem zweiten Kühlkreislauf
auf eine geringere Temperatur gekühlt als das Kühlmittel
in dem ersten Kühlkreislauf.
Des Weiteren wird wenigstens ein weiterer Wärmeübertrager von dem in dem zweiten Kühlkreislauf
befindlichen Kühlmittel
durchströmt.
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Die
für die
erfindungsgemäße Kühleranordnung
beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Die
vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen
sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder
in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen
sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch
in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne
den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den Ansprüchen,
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der
Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 schematisch
eine Kühleranordnung für ein Fahrzeug
mit zwei separaten Kühlkreisläufen, welche
jeweils einen Kühlmittel-Luft-Kühler umfassen;
und
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2 in
einer Seitenansicht schematisch eine Anordnung der Kühlmittel-Luft-Kühler der beiden Kühlkreisläufe im Fahrzeug
sowie einen weiteren, fern des Anströmbereichs des Fahrzeugs angeordneten
Stapelwärmeübertrager
zum Kühlen
einer Fahrzeugkomponente.
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Eine
Kühleranordnung 10 eines
(nicht gezeigten) Fahrzeugs umfasst einen Hochtemperatur-Kühlkreislauf 12 und
einen Niedertemperatur-Kühlkreislauf 14.
Der Hochtemperatur-Kühlkreislauf 12 weist
einen Kühlmittel-Luft-Kühler 16 auf,
welcher dem Abkühlen
von Kühlmittel
dient. Ein Verbrennungsmotor 18 gibt Abwärme an das
abgekühlte Kühlmittel
ab und wird so gekühlt.
In dem Hochtemperatur-Kühlkreislauf 12 sind
des Weiteren eine Kühlmittelpumpe 20 und
ein Stromregelventil 22 angeordnet.
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Der
Kühlmittel-Luft-Kühler 16 des
Hochtemperatur-Kühlkreislaufs 12 ist
im Anströmbereich
des Fahrzeugs stromabwärts
eines weiteren Kühlmittel-Luft-Kühlers 24 angeordnet
(vgl. 2), welcher in den Niedertemperatur-Kühlkreislauf 14 eingebunden
ist.
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Der
Niedertemperatur-Kühlkreislauf 14 weist ebenfalls
eine, insbesondre elektrisch angetriebene, Kühlmittelpumpe 26 sowie
ein Stromregelventil 28 auf. Als ein Wärmeübertrager, welchem über den Niedertemperatur-Kühlkreislauf 14 Kühlmittel
zur Verfügung
gestellt wird, ist in dem Niedertemperatur-Kühlkreislauf 14 ein
Kondensator 30 einer Klimaanlage des Fahrzeugs angeordnet.
Der Kondensator 30 der Klimaanlage ist also nicht direkt
luftgekühlt, sondern
das Kältemittel
in dem Kreislauf der Klimaanlage erfährt eine Kühlung über das Kühlmittel, welches über den
Kühlmittel-Luft-Kühler 24 des
Niedertemperatur-Kühlkreislaufs 14 abgekühlt wurde.
Dadurch ist vermieden, dass der Kondensator der Klimaanlage die
im Anströmbereich
des Fahrzeugs angeordneten Kühlmittel-Luft-Kühler 16, 24 (vgl. 2) versperrt.
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In
den Niedertemperatur-Kühlkreislauf 14 sind
auch weitere Wärmeübertrager
eingebunden, von denen vorliegend beispielhaft ein Getriebeölkühler 32,
ein Ladeluftkühler 34 sowie
ein weiterer nicht näher
spezifizierter Wärmeübertrager 36 gezeigt sind.
Bei diesem Wärmeübertrager 36 kann
es sich um einen Ölkühler, beispielsweise
einen Motorölkühler, einen
Abgasrückführungskühler, einen
Kühler
für ein
elektrisches Aggregat und/oder für
einen elektrischen Energiespeicher (beispielsweise eine Traktionsbatterie),
oder um einen Kraftstoffkühler
handeln.
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In
alternativen Ausführungsformen
können auch
weniger als die dargestellten Wärmeübertrager oder
für jede
der vorstehend beispielhaft aufgeführten zur kühlenden Komponenten ein entsprechender Wärmeübertrager
oder eine gekühlte
Komponente vorgesehen sein.
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Der
Kondensator 30, der Getriebeölkühler 32, der Ladeluftkühler 34 und
der Wärmeübertrager 32 sind
in dem Niedertemperatur-Kühlkreislauf 14 strömungstechnisch
parallel geschaltet angeordnet. Zudem sind in einem diese Wärmeübertrager
aufweisenden jeweiligen Leitungsstrang zwei Mehrwegeventile 38 angeordnet,
mittels welchen einstellbar ist, ob und gegebenenfalls in welchem
Maße der
jeweilige, den Getriebeölkühler 32,
den Ladeluftkühler 34 und
den Wärmeübertrager 36 aufweisende
Leitungsstrang des Niedertemperatur-Kühlkreislaufs 14 mit Kühlmittel
beaufschlagt wird.
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Vorliegend
sind in jedem Leitungsstrang ein Stromregelventil 40 sowie
stromaufwärts
und stromabwärts
des Wärmeübertragers
jeweils ein Mehrwegeventil 38 angeordnet.
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Der
Getriebeölkühler 32,
der Ladeluftkühler 34 sowie
der Wärmeübertrager 32 sind
vorliegend nicht nur in den Niedertemperatur-Kühlkreislauf 14 eingebunden,
sondern über
eine Abzweigleitung 42 des Hochtemperatur-Kühlkreislaufs 12 auch
in den Hochtemperatur-Kühlkreislauf 12.
Die Abzweigleitung 42 verzweigt sich ebenfalls in drei
schaltungstechnisch parallel geschaltete Leitungsstränge, welche
an die dem Getriebeölkühler 32,
dem Ladeluftkühler 34 und
dem Wärmeübertrager 36 zugeordneten
Mehrwegeventile 38 angeschlossen sind.
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Je
nach Schaltung der Mehrwegeventile 38, welche als Beispiel
für eine
Stelleinrichtung gezeigt sind, können
also der Getriebeölkühler 32 und/oder der
Ladeluftkühler 34 und/oder
der Wärmeübertrager 36 wahlweise
mit dem kühleren
Kühlmittel
des Niedertemperatur-Kühlkreislaufs 14 oder
mit dem wärmeren
Kühlmittel
des Hochtemperatur-Kühlkreislaufs 12 beaufschlagt
werden. Es ist so möglich,
anstelle in einer Kühlung
eine Aufwärmung
der genannten Medien, nämlich
des Getriebeöls
und/oder der Ladeluft, vorzusehen. Wird etwa die Ladeluft angewärmt, so
ist vermeidbar, dass es in der Kaltlaufphase des Fahrzeugs zu einer
Kondensatbildung kommt. Es kann also je nach Bedarf gekühlt oder
aufgewärmt
werden. Die Kühlanforderung
bzw. das Aufwärmen
kann für jede
Komponente einzeln, bedarfsgerecht oder kennfeldgesteuert geregelt
werden.
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2 zeigt
die Anordnung der Kühlmittel-Luft-Kühler 16, 24 im
Anströmbereich
des Fahrzeugs. Der das Kühlmittel
stärker
kühlende
Kühlmittel-Luft-Kühler 24 des
Niedertemperatur-Kühlkreislaufs 14 ist
in der Anströmrichtung
gesehen stromaufwärts
des Kühlmittel-Luft-Kühlers 16 des
Hochtemperatur-Kühlkreislaufs 12 angeordnet.
Stromabwärts der
beiden Kühlmittel-Luft-Kühler 16, 24 ist
ein Lüfter 44 vorgesehen,
der zusätzlich
zum Fahrtwind für
ein Beaufschlagen der Kühlmittel-Luft-Kühler 16, 24 mit kühlender
Luft sorgen kann.
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Ein
Stapelwärmeübertrager 46,
welcher auch als Stapelwärmetauscher
oder Plattenwärmetauscher
bezeichnet wird, ist beispielhaft für einen der in den Niedertemperatur-Kühlkreislauf 14 eingebundenen
Wärmeübertrager,
also etwa für
den Kondensator 30, den Getriebekühler 32, den Ladeluftkühler 34 oder
den nicht spezifizierten, optionalen Wärmeübertrager 36 in 2 gezeigt.
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Die
Anordnung dieses Stapelwärmeübertragers 46 im
Fahrzeug ist so vorgenommen, dass er die Anströmung der Kühlmittel-Luft-Kühler 16, 24 nicht
behindert. Dadurch ergeben sich Bauraumvorteile und Vorteile im
Packaging der Kühlmittel-Luft-Kühler 16, 24.