DE102013219953A1

DE102013219953A1 - Wärmetauscher für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102013219953A1
Application number: DE102013219953.8A
Authority: DE
Inventors: Jae Yeon Kim; Wan Je Cho; Sangyong Rhee; Hae-Seong Choi; Yong Jeong KIM
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kbautotech Co Ltd
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2013-10-01
Publication date: 2014-06-05
Anticipated expiration: 2033-10-02
Also published as: CN103851938B; US9074518B2; KR20140072735A; CN103851938A; JP2014115071A; JP6211357B2; DE102013219953B4; KR101416388B1; DE102013219953B8; US20140150739A1

Abstract

Ein Wärmetauscher für ein Fahrzeug umfasst einen wärmeabstrahlenden Abschnitt einschließlich erster und zweiter Verbindungsleitungen, welche in abwechselnder Weise durch Aufeinander-Stapeln einer Mehrzahl von Platten ausgebildet sind, und durch Aufnahme von ersten und zweiten Betriebsfluiden da hindurch, so dass ein Wärmeaustausch miteinander stattfindet, während die Fluide in nicht-vermischter Art und Weise durch die entsprechenden ersten und zweiten Verbindungsleitungen zirkulieren, einen sich verzweigenden Abschnitt, welcher eine Einlassöffnung zum Einströmen eines der ersten und zweiten Betriebsfluide mit einer Auslassöffnung zum Ausströmen des einen Betriebsfluides verbindet, um den wärmeabstrahlenden Abschnitt in Abhängigkeit einer Temperatur des einen Betriebsfluides zu umgehen, und eine an der Einlassöffnung befestigte Ventileinheit, um wahlweise eine der Verbindungsleitungen durch Expansion und Kontraktion eines verformbaren Materiales zu öffnen, so dass das Betriebsfluid in Abhängigkeit einer Temperatur des einen Betriebsfluides zu dem wärmeabstrahlenden Abschnitt oder dem sich verzweigenden Abschnitt in die Einlassöffnung fließt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für ein Fahrzeug. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Wärmetauscher für ein Fahrzeug, welcher Temperaturen von im Wärmetauscher strömenden Betriebsfluiden steuern kann.
Beschreibung des Standes der Technik
Allgemein überträgt ein Wärmetauscher Wärme bzw. Hitze von einem Fluid mit hoher Temperatur (Hochtemperatur-Fluid) zu einem Fluid mit niedriger Temperatur (Niedrigtemperatur-Fluid) über eine Wärmeübertragungsfläche, und wird in einer Heizung, einer Kühleinrichtung, einem Verdampfer und einem Kondensator verwendet.
Ein solcher Wärmetauscher verwendet Wärmeenergie sozusagen in einem Kreislauf bzw. steuert eine Temperatur eines darin strömenden Betriebsfluides nach (gewünschtem) Bedarf. Der Wärmetauscher ist mit einem Klimaanlagensystem bzw. einem Getriebeölkühler eines Fahrzeuges verbunden, wobei der Kühler im Motorraum untergebracht ist.
Da der Wärmetauscher aufgrund beengter Platzverhältnisse unter Schwierigkeiten im Motorraum untergebracht werden kann, wurden Studien hinsichtlich eines Wärmetauschers von geringerer Größe, geringerem Gewicht und höherem Wirkungsgrad durchgeführt.
Ein herkömmlicher Wärmetauscher steuert die Temperaturen der Betriebsfluide in Abhängigkeit eines Zustandes eines Fahrzeuges und führt die Betriebsfluide einem Motor, einem Getriebe oder einem Klimaanlagensystem zu. Deshalb sind sich verzweigende Kreisläufe und Ventile für jede hydraulische Leitung angeordnet, durch welche die Betriebsfluide strömen, wenn die Fluide als Heiz- bzw. Kühl-Medium verwendet werden. Daher erhöht sich die Anzahl der benötigten Elemente sowie die Montageschritte, weshalb das Layout bzw. der Aufbau des Systems kompliziert ist.
Falls zusätzliche sich verzweigende Kreisläufe und Ventile nicht verwendet werden, kann der Wärmeaustausch-Wirkungsgrad nicht gemäß der Strömungsmenge des Betriebsfluides gesteuert werden. Daher kann die Temperatur des Betriebsfluides nicht in wirksamer Weise gesteuert werden.
Die in diesem Hintergrundabschnitt offenbarte Information dient lediglich dem weiteren Verständnis des allgemeinen Hintergrundes der Erfindung, und sollte nicht als ein Nachweis oder irgendeine Form von Anregung angesehen werden, dass diese Information den einem Fachmann bereits bekannten Stand der Technik bildet.
Kurze Zusammenfassung
Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung stellen einen Wärmetauscher für ein Fahrzeug bereit, und zwar mit Vorteilen hinsichtlich gleichzeitigem Wärmens und Kühlens von Betriebsfluiden in Abhängigkeit von Temperaturen bzw. Strömungsmengen der Betriebsfluide bei einem im Betrieb befindlichem Zustand (Fahrzeug fährt) oder einem anfänglichen Startzustand des Fahrzeuges, wenn zwischen den Betriebsfluiden Wärme im Wärmetauscher ausgetauscht bzw. übertragen wird.
Die vorliegende Erfindung wurde in dem Versuch ersonnen, einen Wärmetauscher für ein Fahrzeug mit zusätzlichen Vorteilen hinsichtlich der Verbesserung der Kraftstoffausnutzung und Heizleistung bereitzustellen, und zwar durch Steuern von Temperaturen von Betriebsfluiden in Abhängigkeit eines Zustandes des Fahrzeuges, und hinsichtlich einer Verringerung einer Anzahl von Herstellungsschritten durch ein Vereinfachen einer Struktur bzw. eines Layouts des Wärmetauschers.
Ein Wärmetauscher für ein Fahrzeug weist verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf, und kann einen wärmeabstrahlenden Abschnitt umfassen, und zwar mit einer ersten Verbindungsleitung und einer zweiten Verbindungsleitung, welche in sich abwechselnder Weise durch ein Aufeinanderstapeln einer Mehrzahl von Platten gebildet sind, wobei jeweils erste und zweite Betriebsfluide in die ersten und zweiten Verbindungsleitungen aufgenommen bzw. eingeleitet werden, wobei die ersten und zweiten Betriebsfluide während des Durchströmens durch die ersten und zweiten Verbindungsleitungen miteinander Wärme austauschen, und die in die ersten und zweiten Verbindungsleitungen strömenden ersten und zweiten Betriebsfluide beim Zirkulieren nicht miteinander vermischt werden, dann einen sich verzweigenden Abschnitt, welcher eine Einlassöffnung (bzw. -Loch) zum Einfließen eines Betriebsfluides von den ersten und zweiten Betriebsfluiden mit einer Auslassöffnung (bzw. -Loch) zum Ausfließen des einen Betriebsfluides verbindet, wobei der Wärmetauscher hinsichtlich des einen Betriebsfluides dazu ausgebildet ist, den wärmeabstrahlenden Abschnitt in Abhängigkeit einer Temperatur des einen Betriebsfluides zu umgehen (im Sinne eines Bypass), und dann eine an der Einlassöffnung befestigte Ventileinheit, welche den sich verzweigenden Abschnitt bildet, wobei wahlweise eine der Verbindungsleitungen des wärmeabstrahlenden Abschnittes durch ein Ausdehnen bzw. Zusammenziehen eines darin befindlichen verformbaren Materiales geöffnet oder geschlossen werden, so dass das Betriebsfluid wahlweise zu dem wärmeabstrahlenden Abschnitt oder dem sich verzweigenden Abschnitt in Abhängigkeit einer Temperatur des einen in die Einlassöffnung fließenden Betriebsfluides strömt.
Jede Einlassöffnung und jede Auslassöffnung kann eine erste und zweite auf der einen Fläche und der anderen Fläche des wärmeabstrahlenden Abschnittes ausgebildete Einlassöffnung umfassen, und eine erste und zweite auf der einen Fläche und der anderen Fläche des wärmeabstrahlenden Abschnittes ausgebildete Auslassöffnung bilden, welche diagonal der ersten und zweiten Einlassöffnung gegenübersteht, und jeweils über die entsprechende Verbindungsleitung innerhalb des wärmeabstrahlenden Abschnittes mit der ersten und zweiten Einlassöffnung verbunden ist.
Die Ventileinheit kann eine äußere Ummantelung einschließlich eines Befestigungselementes umfassen, welche entsprechend der ersten Einlassöffnung in den wärmeabstrahlenden Abschnitt eingefügt ist, an welchem eine Befestigungsnut an einem unteren Mittenabschnitt davon ausgebildet ist, und mit der anderen Fläche des wärmeabstrahlenden Abschnittes befestigt ist, und einen Einfügeabschnitt, welcher in integraler Weise an einem oberen Abschnitt des Befestigungselementes ausgebildet ist, an welchem wenigstens eine erste Öffnung entlang einer Längsrichtung davon entsprechend der Verbindungsleitung des wärmeabstrahlenden Abschnittes ausgebildet ist, und an welchem wenigstens ein Bypass-Loch entsprechend dem sich verzweigenden Abschnitt ausgebildet ist, einen Befestigungsstab, welche in die äußere Ummantelung eingefügt ist, und von welcher ein Ende an der Befestigungsnut des Befestigungselementes angebracht ist, ein verformbares Element, welches in gleitbarer (d. h. verlagerbarer) Weise auf dem Befestigungsstab angeordnet ist, und sich auf dem Befestigungsstab durch das Ausdehnen bzw. Zusammenziehen des darin befindlichen verformbaren Materials in Abhängigkeit von einer Temperaturänderung des Betriebsfluides auf- und abbewegt, eine innere Ummantelung, an welcher wenigstens eine zweite Öffnung entlang einer Längsrichtung davon entsprechend der ersten Öffnung der äußeren Ummantelung ausgebildet ist, und welche in gleitbarer Weise in die äußere Ummantelung einführbar ist, ein Flansch-Element, welches an dem unteren Abschnitt der inneren Ummantelung darin befestigt ist, und an dem unteren Abschnitt des verformbaren Elementes angebracht ist, ein Stopp-Element, welches in fester Weise am oberen Abschnitt der äußeren Ummantelung befestigt ist, und ein elastisches Element, welches zwischen dem verformbaren Element und dem Stopp-Element angeordnet ist, um so eine elastische Kraft auf das verformbare Element auszuüben.
Das Befestigungselement der äußeren Ummantelung kann über einen Schnapp-Ring (Sicherungsring) am wärmeabstrahlenden Abschnitt befestigt sein.
Die äußere Ummantelung kann ein Zylinder mit oberem offenen Ende sein.
Das Bypass-Loch und die erste Öffnung können entlang der Längsrichtung der äußeren Ummantelung voneinander beabstandet sein.
Die ersten Öffnungen können von dem Bypass-Loch am unteren Abschnitt der äußeren Ummantelung entlang der Längsrichtung der äußeren Ummantelung beabstandet ausgebildet sein.
Die innere Ummantelung kann ein beidseitig offener Zylinder sein.
Die zweiten Öffnungen können entlang der Längsrichtung der inneren Ummantelung voneinander beabstandet ausgebildet sein.
Die zweiten Öffnungen müssen nicht entlang der Längsrichtung der inneren Ummantelung ausgerichtet ausgebildet sein.
Die innere Ummantelung kann nach oben verlagert bzw. bewegt werden, wenn sich das verformbare Element nach oben bewegt bzw. verlagert, so dass die zweite Öffnung an der ersten Öffnung positioniert ist, um die erste Öffnung zu öffnen und durch die innere Ummantelung das Bypass-Loch zu schließen.
Die innere Ummantelung kann zunächst zusammengesetzt werden, wenn die erste Öffnung durch die innere Ummantelung geschlossen ist, und die zweite Öffnung durch die äußere Ummantelung geschlossen ist.
Das mit dem verformbaren Material gefüllte verformbare Element kann aus Wachsmaterial bestehen, welches in Abhängigkeit von der Temperatur des in die Einlassöffnung fließenden Betriebsfluides expandiert oder sich zusammenzieht.
Strömungslöcher können am Außenumfang des Flansch-Elementes ausgebildet sein.
Der Außenumfang des Flansch-Elementes kann am unteren Innenumfang der inneren Ummantelung angebracht sein, wobei ein am Mittenabschnitt des Flansch-Elementes ausgebildeter Befestigungsabschnitt mit dem verformbaren Element verbunden ist und über einen am verformbaren Element angebrachten Befestigungsring fixiert ist.
Das Flansch-Element kann mit dem Innenumfang der inneren Ummantelung verbunden sein.
Wenigstens ein Durchgangsloch kann am Stopp-Element ausgebildet sein, so dass das in Strömung befindliche Betriebsfluid durch die erste Einlassöffnung in die Ventileinheit fließen kann.
Ein Dichtungsring kann zwischen dem wärmeabstrahlenden Abschnitt und dem Befestigungselement der äußeren Ummantelung angeordnet sein, so dass das in die Ventileinheit geflossene Betriebsfluid nicht aus dem wärmeabstrahlenden Abschnitt heraus „leckt” bzw. heraustritt. Der sich verzweigende Abschnitt kann von dem wärmeabstrahlenden Abschnitt hervorstehen, um die erste Einlassöffnung und die erste Auslassöffnung miteinander zu verbinden. Die erste Einlassöffnung und die erste Auslassöffnung können in einer diagonalen Richtung zueinander an den Ecken des wärmeabstrahlenden Abschnittes ausgebildet sein. Die zweite Einlassöffnung und die zweite Auslassöffnung können in der anderen Oberfläche des wärmeabstrahlenden Abschnittes ausgebildet sein, wobei sie sich in diagonaler Weise symmetrisch zur ersten Einlassöffnung und zur ersten Auslassöffnung gegenüberstehen.
Eines der Betriebsfluide kann ein Kühlmittel sein, welches von einem Kühler fließt, und das andere Betriebsfluid kann ein von einem Automatikgetriebe fließendes Übertragungs- bzw. Getriebeöl sein (ATF = Automatic Transmission Fluid).
Das Kühlmittel kann durch die erste Einlassöffnung und die erste Auslassöffnung zirkulieren, wobei das Übertragungsöl durch die zweite Einlassöffnung und die zweite Auslassöffnung zirkuliert, wobei die Verbindungsleitung eine erste Verbindungsleitung umfasst, durch welche das Kühlmittel fließt, und eine zweite Verbindungsleitung, durch welche das Getriebeöl fließt.
Der sich verzweigende Abschnitt kann eine Bypass-Leitung umfassen, welche nahe an der ersten Einlassöffnung und der ersten Auslassöffnung positioniert und dazu ausgebildet ist, um das Kühlmittel auszustoßen, welches zusätzlich zu der ersten Verbindungsleitung in die erste Einlassöffnung zu der ersten Auslassöffnung fließt.
Die Verfahren und die Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung umfassen weitere Merkmale und Vorteile, welche aus den begleitenden Zeichnungen ersichtlich sein bzw. detaillierter dort erläutert werden, wobei die Zeichnungen hiermit mit umfasst sind, und außerdem werden weitere Merkmale und Vorteile aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, welche zusammen (d. h. mit den Zeichnungen und der Beschreibung) zur Erläuterung bestimmter Prinzipien der vorliegenden Erfindung dienen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung eines Kühlsystems eines Automatikgetriebes, welches mit einem beispielhaften Wärmetauscher für ein Fahrzeug in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verbunden ist.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Wärmetauschers für ein Fahrzeug in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Rückansicht eines beispielhaften Wärmetauschers für ein Fahrzeug in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A aus 2.
5 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B aus 3.
6 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ventileinheit, welche in einem Wärmetauscher für ein Fahrzeug in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
7 ist ein Explosionsansicht einer beispielhaften Ventileinheit in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Zeichnung zur Erläuterung des Betriebes einer beispielhaften Ventileinheit für einen Wärmetauscher in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
9, 10 und 11 sind Zeichnungen zur Erläuterung des Betriebes eines beispielhaften Wärmetauschers für ein Fahrzeug in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Nunmehr wird detailliert auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bzw. der vorliegenden Erfindungen Bezug genommen, welche im Folgenden beispielhaft in den begleitenden Zeichnungen beschrieben werden. Während die Erfindung bzw. Erfindungen in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen erörtert werden, wird davon ausgegangen, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung bzw. die Erfindungen nicht auf diese beispielhaften Ausführungsformen beschränken soll. Im Gegenteil, die Erfindung bzw. Erfindungen sollen nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abdecken, sondern ebenso verschiedene Alternativen, Abänderungen, Äquivalente und weitere Ausführungsformen, welche vom Grundgedanken und Umfang der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert, mit umfasst sein können.
1 ist eine schematische Darstellung eines Kühlsystems eines Automatik-Getriebes, für welches ein Wärmetauscher für ein Fahrzeug gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers für ein Fahrzeug in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 3 ist eine Rückansicht eines Wärmetauschers für ein Fahrzeug gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, und 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A aus 2. 5 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B aus 3, und 6 ist eine perspektivische Ansicht einer Ventileinheit, welche in einem Wärmetauscher für ein Fahrzeug gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet wird. 7 ist eine Explosionsansicht einer Ventileinheit in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezug auf die Zeichnungen dient ein Wärmetauscher 100 für ein Fahrzeug gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als ein Kühlsystem für ein Automatik-Getriebe für ein Fahrzeug.
Das in 1 dargestellte Kühlsystem für das Automatik-Getriebe ist zum Kühlen eines Motors mit einer Kühlleitung CL versehen. Ein Kühlmittel strömt durch den Kühler 20, welcher einen Kühlerventilator 21 aufweist, durch eine Wasserpumpe 10, und wird vom Kühler 20 gekühlt. Eine mit einem Heizsystem des Fahrzeuges verbundene Heizeinrichtung 30 ist an der Kühlleitung CL angebracht.
Ein Wärmetauscher 100 für ein Fahrzeug gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erwärmt bzw. kühlt in Abhängigkeit von Temperaturen bzw. Strömungsmengen der Betriebsfluide diese, welche bei einem laufenden Betrieb (Fahrzeug fährt) hineinfließen bzw. bei einem anfänglichen Startzustand des Fahrzeuges, wenn die Temperaturen der Betriebsfluide in dem Wärmetauscher 100 mittels Wärmeübertragung gesteuert werden.
Zu diesem Zweck ist der Wärmetauscher 100 für ein Fahrzeug gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zwischen der Wasserpumpe 10 und der Heizeinrichtung 30 angeordnet, und ist mit einem Automatik-Getriebe 40 über erste und zweite Öl-Leitungen O.L1 und O.L2 verbunden.
D. h., die Betriebsfluide umfassen ein vom Kühler 20 fließendes Kühlmittel, ein vom Automatik-Getriebe 40 fließendes Getriebeöl, und zwar in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen. Der Wärmetauscher 100 ermöglicht, dass das Getriebeöl mit dem Kühlmittel Wärme austauscht, so dass eine Temperatur des Getriebeöles gesteuert wird.
Der Wärmetauscher 100 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst, wie in 2 und 3 dargestellt ist, einen wärmeabstrahlenden Abschnitt 110, einen sich verzweigenden Abschnitt 120 und eine Ventileinheit 130, wobei jedes benötigte Element detailliert beschrieben werden wird.
Der wärmeabstrahlende Abschnitt 110 wird durch ein Übereinanderstapeln einer Mehrzahl von Platten 112 gebildet, wobei eine Mehrzahl von Verbindungsleitungen 114 zwischen den benachbarten Platten 112 ausgebildet ist.
Das Kühlmittel fließt durch einen Teil der Verbindungsleitungen 114 von der Mehrzahl von Verbindungsleitungen 114, und das Getriebeöl fließt durch einen weiteren Teil der Verbindungsleitungen 114 von der Mehrzahl von Verbindungsleitungen 114. Ein weiterer Teil der Verbindungsleitungen 114, durch welche das Getriebeöl fließt, ist zwischen dem Teil der Verbindungsleitungen 114 angeordnet und davon getrennt. Somit überträgt das Kühlmittel Wärme zum Getriebeöl.
Zusätzlich wird das der Verbindungsleitung 114 zugeführte Betriebsfluid nicht mit einem anderen einer weiteren Verbindungsleitung 114 zugeführten Betriebsfluid gemischt bzw. vermischt.
Hierbei ermöglicht der wärmeabstrahlende Abschnitt 110, dass das Kühlmittel durch einen Gegenfluss von Kühlmittel und Getriebeöl Wärme auf das Getriebeöl überträgt.
Der wärmeabstrahlende Abschnitt 110 ist ein wärmeabstrahlender Abschnitt vom sogenannten „Platten-Typ” (bzw. Scheiben-Typ), wobei die Platten von der Mehrzahl an Platten 112 übereinander gestapelt sind.
Zusätzlich verbindet der sich verzweigende Abschnitt 120 eine der Einlassöffnungen 116, so dass die Betriebsfluide in dem wärmeabstrahlenden Abschnitt 110 aus einem der Auslassöffnungen 118 zum Ausstoßen der Betriebsfluide aus dem wärmeabstrahlenden Abschnitt 110 fließen können.
Zusätzlich verbindet der sich verzweigende Abschnitt 120 eine der Einlassöffnungen 116, so dass die Betriebsfluide in den wärmeabstrahlenden Abschnitt 110 strömen können, mit einer der Auslassöffnungen 118 zum Ausstoßen der Betriebsfluide aus dem wärmeabstrahlenden Abschnitt 110.
Der sich verzweigende Abschnitt 120 ist für das Betriebsfluid derart ausgebildet, mit Hilfe der Ventileinheit 130, welche in Abhängigkeit von der Temperatur des Betriebsfluides betrieben wird, einen Umweg (Bypass) vorzunehmen.
Die Einlassöffnungen 116 umfassen eine erste und eine zweite Einlassöffnung 116a und 116b, welche auf beiden Seiten einer Fläche des wärmeabstrahlenden Abschnittes 110 ausgebildet sind.
Die Auslassöffnungen 118 umfassen eine erste und eine zweite Auslassöffnung 118a und 118b, welche auf der einen Seite und der anderen Seite des wärmeabstrahlenden Abschnittes 110 ausgebildet sind, welche sich diagonal mit den ersten und zweiten Einlassöffnungen 116a und 116b gegenüberstehen, und jeweils mit der ersten und zweiten Einlassöffnung 116a und 116b mit Hilfe der entsprechenden Verbindungsleitung 114 im wärmeabstrahlenden Abschnitt 110 verbunden sind.
Die erste Einlassöffnung 116a und die erste Auslassöffnung 118a sind an Eck-Abschnitten der Fläche des wärmeabstrahlenden Abschnittes 110 in diagonaler Weise ausgebildet.
Die zweite Einlassöffnung 116b und die zweite Auslassöffnung 118b sind an Eck-Abschnitten der Fläche des wärmeabstrahlenden Abschnittes 110 ausgebildet, wobei sie sich in diagonaler Weise symmetrisch der ersten Einlassöffnung 116a und der ersten Auslassöffnung 118a gegenüberstehen.
Der sich verzweigende Abschnitt 120 verbindet die erste Einlassöffnung 116a mit der ersten Auslassöffnung 118a, wobei der Abschnitt von der Oberfläche des wärmeabstrahlenden Abschnittes 110 hervorsteht.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform zirkuliert das Kühlmittel durch die erste Einlassöffnung 116a und die erste Auslassöffnung 118a, und das Getriebeöl zirkuliert durch die zweite Einlassöffnung 116b und die zweite Auslassöffnung 118b.
Verbindungsanschlüsse können jeweils an den ersten und zweiten Einlassöffnungen 116a und 116b und den ersten und zweiten Auslassöffnungen 118a und 118b angebracht werden, wobei sie mit dem Kühler 20 und dem Automatik-Getriebe 40 über mit den Verbindungsanschlüssen verbundene Verbindungsleitungen verbunden sind.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform umfasst die in 4 und 5 dargestellte Verbindungsleitung 114 erste und zweite Verbindungsleitungen 114a und 114b, wie im Folgenden detaillierter erläutert wird.
Hierbei umfasst der sich verzweigende Abschnitt 120 eine Bypass-Leitung 122, welche an einem Abschnitt nahe der ersten Einlassöffnung 116a und der ersten Auslassöffnung 118b ausgebildet ist. Die Bypass-Leitung 122 ist dazu ausgebildet, das in die erste Einlassöffnung 116a fließende Kühlmittel direkt zu der ersten Auslassöffnung 118a auszustoßen, wobei es nicht durch die erste Verbindungsleitung 114a strömt.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist dies jedoch nicht darauf beschränkt, obwohl beschrieben wird, dass das durch die erste Einlassöffnung 116a und die erste Auslassöffnung 118a einfließende Kühlmittel durch die erste Verbindungsleitung 114a strömt, und wahlweise die Ventileinheit 130 betreibt, und das Getriebeöl, welches durch die zweite Einlassöffnung 116b und die zweite Auslassöffnung 118b einfließt, durch die zweite Verbindungsleitung 114b strömt. Im Gegensatz dazu können das Kühlmittel und das Getriebeöl miteinander vertauscht werden.
Zusätzlich ist die Ventileinheit 130 an dem wärmeabstrahlenden Abschnitt 110 befestigt, und zwar entsprechend der ersten Einlassöffnung 116a, wobei der sich verzweigende Abschnitt 120 gebildet wird, wobei das Kühlmittel zu dem wärmeabstrahlenden Abschnitt 110 fließt bzw. zu der Bypass-Leitung 122, und zwar in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels.
Die Ventileinheit 130 umfasst, wie in 6 und 7 gezeigt ist, eine äußere Ummantelung 132, einen Befestigungsstab 146, ein verformbares Element 148, eine innere Ummantelung 152, ein Flansch-Element 156, ein Stopp-Element 166 und ein elastisches Element 174, wie im Folgenden detailliert beschrieben werden wird.
Die äußere Ummantelung 132 ist in dem wärmeabstrahlenden Abschnitt 110 eingefügt, und zwar entsprechend der ersten Einlassöffnung 116a.
Die äußere Ummantelung 132 umfasst ein Befestigungselement 134, an dessen unterem Mittenabschnitt davon eine Befestigungsnut 133 ausgebildet ist, und ist an der anderen Fläche des wärmeabstrahlenden Abschnittes 110 befestigt, und umfasst einen Einfüge-Abschnitt 136, welcher in integraler Weise an einem oberen Abschnitt des Befestigungselementes 134 ausgebildet ist. Vorzugsweise können solche integralen Komponenten aus einem einzigen Stück (monolithisch) hergestellt sein.
Der Einfüge-Abschnitt 136 ist zylinderförmig, wobei eine Mehrzahl der ersten Öffnungen 138 am Außenumfang des Einfüge-Abschnittes 136 entsprechend der ersten Verbindungsleitung 114a des wärmeabstrahlenden Abschnittes 110 ausgebildet ist, wobei wenigstens ein Bypass-Loch 142 am Außenumfang des Einfüge-Abschnittes 136 entsprechend der Bypass-Leitung 122 des sich verzweigenden Abschnittes 120 ausgebildet ist.
Die Bypass-Löcher 142 und die ersten Öffnungen 138 sind entlang der Längsrichtung der äußeren Ummantelung 132 unter einem vorbestimmten Winkel voneinander beabstandet. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform sind vier Bypass-Löcher 142 und erste Öffnungen 138 unter einem Winkel von 90° angrenzend an die Bypass-Löcher 142 bzw. die ersten Öffnungen 138 entlang des Außenumfanges des Einfüge-Abschnittes 136 ausgebildet, was jedoch nicht darauf beschränkt sein soll.
Die ersten Öffnungen 138 sind unterhalb der Bypass-Löcher 142 und entlang der Längsrichtung der äußeren Ummantelung 132 beabstandet ausgebildet.
Das Befestigungselement 134 der äußeren Ummantelung 132 ist mit Hilfe eines Schnapp-Ringes 144 an dem wärmeabstrahlenden Abschnitt 110 befestigt, wobei der Schnapp-Ring an der anderen Fläche des wärmeabstrahlenden Abschnittes 110 angebracht ist.
Die äußere Ummantelung 132 ist ein am oberen Ende offener Zylinder.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird der Befestigungsstab 146 in die äußere Ummantelung 132 eingefügt, wobei ein unteres Ende davon an der Befestigungsnut 133 des Befestigungselementes 134 angebracht ist.
Das verformbare Element 148 ist mit einem oberen Abschnitt des Befestigungsstabes 146 verbunden, wobei sich die Position des verformbaren Elementes 148 auf dem Befestigungsstab 146 in aufwärts gerichteter bzw. abwärts gerichteter Richtung ändert, und zwar in Abhängigkeit einer Ausdehnung bzw. Zusammenziehung des im verformbaren Element 148 befindlichen verformbaren Materiales, welches durch die Temperatur des Betriebsfluides beeinflusst wird.
Das verformbare Material kann ein Wachs-Material sein, welches sich in Abhängigkeit von der Temperatur des Betriebsfluides ausdehnen bzw. zusammenziehen kann.
Das Wachs-Material bzw. Wachs-Element ist in Abhängigkeit von der Temperatur ein thermisches Ausdehnungsmaterial.
Das verformbare Element 148 ist eine mit dem Wachs-Material gefüllte Anordnung. Bei Änderung des Wachs-Materiales in Abhängigkeit von der Temperatur bewegt sich das verformbare Element 148 ohne Änderung seiner äußeren Erscheinung entlang des Befestigungsstabes 146 auf bzw. ab.
Bei einem Fluss des Kühlmittels mit einer relativ hohen Temperatur durch die erste Einlassöffnung 116a bewegt sich das verformbare Element 148 aufgrund der Ausdehnung des darin befindlichen Wachs-Materiales an dem Befestigungsstab 146 nach oben.
Im Gegensatz dazu, falls das Kühlmittel mit einer relativ niedrigen Temperatur durch die erste Einlassöffnung 116a fließt, bewegt sich das verformbare Element 148 aufgrund der Kontraktion bzw. des Zusammenziehens des darin befindlichen Wachs-Materiales entlang des Befestigungsstabes 146 nach unten.
Bei einem Fließen des Kühlmittels mit einer relativ geringen Temperatur durch die erste Einlassöffnung 116a bewegt sich das verformbare Element 148 von einem Anfangszustand bzw. -position nicht nach oben bzw. nach unten, da sich das Volumen des Wachs-Materiales nicht geändert hat.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist wenigstens eine zweite Öffnung 154 in der inneren Ummantelung 152 entlang der Längsrichtung davon entsprechend der ersten Öffnung 138 der äußeren Ummantelung 132 ausgebildet, wobei die innere Ummantelung 152 innerhalb der äußeren Ummantelung 132 gleitbar ist.
Die innere Ummantelung 152 ist ein beidseitig offener Zylinder. Die zweiten Öffnungen 154 sind entlang der Längsrichtung der inneren Ummantelung 152 entsprechend der ersten Öffnung 138 unter einem vorbestimmten Winkel untereinander nicht ausgerichtet.
In den Zeichnungen sind vier zweite Öffnungen 154 an einem oberen und unteren Abschnitt des Außenumfanges der inneren Ummantelung 152 unter einem Winkel von 90° angrenzend an die zweiten Öffnungen 154 ausgebildet, jedoch nicht darauf beschränkt.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist das Flansch-Element 156 mit dem Innenumfang der inneren Ummantelung 152 verbunden, wobei eine Mitte davon an dem unteren Abschnitt des verformbaren Elementes 148 befestigt ist.
Das Flansch-Element 156 kann in integraler Weise mit der inneren Ummantelung 152 ausgebildet sein, wobei es innerhalb der äußeren Ummantelung 132 gleitbar ist, und ist am unteren Abschnitt des verformbaren Elementes 148 befestigt. Vorzugsweise können solche integral ausgebildeten Komponenten aus einem Stück bestehen bzw. monolithisch hergestellt sein.
Im Außenumfang des Flansch-Elementes 156 können unter einem vorbestimmten Winkel Strömungslöcher 158 ausgebildet sein.
Beispielsweise können vier Strömungslöcher 158 am Außenumfang des Flansch-Elementes 156 unter einem Winkel von 90° ausgebildet sein, wobei das Betriebsfluid, welches durch die erste Einlassöffnung 116a strömt, zu der ersten Verbindungsleitung 114a des wärmeabstrahlenden Abschnittes 110 über die Innenseite der inneren Ummantelung 152, das Strömungsloch 158 und die zweite Öffnung 154 fließen kann.
Der Außenumfang des Flansch-Elementes 156 ist am Innenumfang der inneren Ummantelung 152 befestigt, wobei der Befestigungs-Abschnitt 162, welcher an der Mitte davon ausgebildet ist, an dem verformbaren Element 148 durch den Befestigungsring 164 angebracht ist.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform bewegt sich die innere Ummantelung 152 mit dem verformbaren Element 148 innerhalb der äußeren Ummantelung 132 durch das Flansch-Element 156 nach oben, wenn sich das verformbare Element 148 nach oben bewegt.
In diesem Fall sind die zweiten Öffnungen 154 der inneren Ummantelung 152 entsprechend den ersten Öffnungen 138 angeordnet, um so die ersten Öffnungen 138 zu öffnen, wobei der obere Abschnitt der inneren Ummantelung 152 das Bypass-Loch 142 schließt.
Die innere Ummantelung 152 kann zunächst, bei durch einen geschlossenen Abschnitt zwischen den ersten Öffnungen 138, mit geschlossener Öffnung 154 zusammengesetzt werden, wobei die ersten Öffnungen 138 geschlossen sind, und wobei der obere Abschnitt der inneren Ummantelung 152 unterhalb des Bypass-Loches 142 positioniert ist, um so das Bypass-Loch 142 zu öffnen.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist das Stopp-Element 166 am oberen Ende der äußeren Ummantelung 132 angebracht.
Wenigstens ein Durchgangsloch 168 ist im Stopp-Element 166 ausgebildet, so dass das Betriebsfluid durch die erste Einlassöffnung 116a in die Ventileinheit 130 fließen kann, um so dem verformbaren Element 148 zugeführt zu werden.
In den Zeichnungen sind die Durchgangslöcher 168 in der Mitte des Stopp-Elementes 166 ausgebildet, wobei vier Durchgangslöcher 168 entlang einer Umfangsrichtung in einem Abstand von 90° ausgebildet sind, worauf die Erfindung jedoch nicht beschränkt sein soll.
Ein Aufnahme-Abschnitt 135, wo das Stopp-Element 166 aufgenommen wird, ist am oberen Abschnitt der äußeren Ummantelung 132 ausgebildet.
Der Aufnahme-Abschnitt 135 ist entlang des Innenumfanges der äußeren Ummantelung 132 ausgebildet und steht hin zu der Mitte der äußeren Ummantelung 132 hervor.
Eine Ringnut 137 ist am oberen und inneren Umfang der äußeren Ummantelung 132 zur Aufnahme eines Stopp-Ringes 172 ausgebildet, und zwar zur Befestigung des oberen Abschnittes des Stopp-Elementes 166.
Das Stopp-Element 166 ist an dem Aufnahme-Abschnitt 135 der äußeren Ummantelung 132 angeordnet, und wird durch den Stopp-Ring 172, welcher an der Ringnut 137 befestigt ist, angebracht.
Das elastische Element 174 ist zwischen dem verformbaren Element 148 und dem Stopp-Element 166 angeordnet, und übt eine elastische Kraft auf das verformbare Element 148 aus.
Ein Ende des elastischen Elementes 174 wird von dem Stopp-Element 166 unterstützt, und das andere Ende davon wird von dem verformbaren Element 148 unterstützt, wobei das elastische Element 174 eine Spiralfeder sein kann. Somit wird das elastische Element 174 bei einer Aufwärtsbewegung des verformbaren Elementes 148 am Befestigungsstab 146 komprimiert.
Im Gegensatz dazu übt das elastische Element 174 bei einer Abwärtsbewegung des verformbaren Elementes 148 eine elastische Kraft auf das formbare Element 148 aus, so dass das verformbare Element 148 geradewegs in seine Ursprungsposition zurückkehrt.
Ein Befestigungsende 167 ist derart ausgebildet, um hin zu dem Stopp-Element 166 hervorzustehen, um das elastische Element 174 unter dem Stopp-Element 166 zu befestigen.
Das Befestigungsende 167 unterstützt das elastische Element 174 in stabiler Weise.
In den Zeichnungen sind jeweils vier erste und zweite Öffnungen 138 und 154, Bypass-Löcher 142, Strömungslöcher 158 und Durchgangslöcher 168 in einem Abstand von 90° entlang der Umfangsrichtung ausgebildet. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern, im Gegenteil, Positionen und Anzahl jeder Öffnung 138 und 154, des Bypass-Loches 142, des Strömungsloches 158 und des Durchgangsloches 168 können unterschiedlich sein.
Ein Dichtring 176 kann zwischen dem wärmeabstrahlenden Abschnitt 110 und dem Befestigungselement 134 der äußeren Ummantelung 132 angeordnet sein, so dass das Betriebsfluid, beispielsweise das Kühlmittel, welches innerhalb der Ventileinheit 130 strömt, nicht heraustritt bzw. „leckt”, mit Ausnahme der Öffnungen 138 und 154 und der Bypass-Löcher 142 der Ventileinheit 130, und auch nicht zwischen dem wärmeabstrahlenden Abschnitt 110 und dem Befestigungselement 134 heraustritt bzw. „leckt”.
8 ist eine Zeichnung zur Erläuterung eines Betriebes einer Ventileinheit für einen Wärmetauscher in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Wie in 8 dargestellt ist, strömt das Betriebsfluid mit hoher Temperatur durch die erste Einlassöffnung 116a und die Durchgangslöcher 168 des Stopp-Elementes 166 und in das Innere der äußeren Ummantelung 132 und der inneren Ummantelung 152.
Aufgrund der Ausdehnung des Wachs-Materiales innerhalb des verformbaren Elementes 148 bewegt sich dann das verformbare Element 148 entlang des Befestigungsstabes 146 in eine Richtung nach oben.
Somit bewegt sich das Flansch-Element 156, welches am unteren Abschnitt des verformbaren Elementes 148 angebracht ist, zusammen mit dem verformbaren Element 148 ebenfalls nach oben. Gleichzeitig gleitet die innere Ummantelung 152 in der äußeren Ummantelung 132 mit dem Flansch-Element 156 nach oben. In diesem Fall wird das elastische Element 174 komprimiert, und gleichzeitig wird das Bypass-Loch 142 durch die innere Ummantelung 152 geschlossen.
Die zweiten Öffnungen 154 sind entsprechend den ersten Öffnungen 138 in einem offenen Zustand positioniert, so dass das Kühlmittel durch die erste Verbindungsleitung 114a strömt.
Falls das Betriebsfluid mit einer Temperatur unterhalb einer vorbestimmten Temperatur in die erste Einlassöffnung 116a fließt, bewegt sich das verformbare Element in einer Richtung nach unten entlang des Befestigungsstabes 146.
In diesem Fall übt das elastische Element 174 eine elastische Kraft auf das verformbare Element 148 aus, so dass das verformbare Element 148 geradewegs in seinen Ursprungszustand bzw. -position zurückkehrt.
Die innere Ummantelung 152 bewegt sich dann zusammen mit dem Flansch-Element 156, welches am verformbaren Element 148 angebracht ist, in eine Richtung nach unten, und somit sind die Bypass-Löcher 142 geöffnet und gleichzeitig die ersten Öffnungen 138 geschlossen.
Im Folgenden werden Funktionen und Verfahrensschritte des Wärmetauschers 100 in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
9 bis 11 sind Zeichnungen zur Erläuterung eines Betriebes eines Wärmetauschers für ein Fahrzeug in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Falls die Temperatur des Kühlmittels, welches in die erste Einlassöffnung 116a fließt, geringer als eine vorbestimmte Temperatur ist, wie es in 9 dargestellt ist, behält das verformbare Element 148 seine Anfangsposition bei. Somit behält die innere Ummantelung 152 ebenso ihre Anfangsposition bei, wobei das Bypass-Loch 142 der äußeren Ummantelung 132 geöffnet ist.
Wie oben beschrieben ist, sind die erste Öffnung 138 und die zweite Öffnung 154 jeweils durch die innere Ummantelung 152 und die äußere Ummantelung 132 verschlossen.
Somit wird ein Fließen von Kühlmittel, welches in die Ventileinheit 130 strömt, in die erste Verbindungsleitung 114a vermieden.
Das Kühlmittel fließt von der Ventileinheit 130 durch das Bypass-Loch 142 und die durch den sich verzweigenden Abschnitt 120 gebildete Bypass-Leitung 122, und strömt durch die erste Auslassöffnung 118a heraus. Dementsprechend fließt das Kühlmittel nicht in die erste Verbindungsleitung 114a des wärmeabstrahlenden Abschnittes 110. Somit überträgt das Kühlmittel keine Wärme auf das Getriebeöl, welches durch die zweite Einlassöffnung 116b und die zweite Verbindungsleitung 114b des wärmeabstrahlenden Abschnittes 110 geströmt ist.
Falls das Getriebeöl gemäß eines Zustandes oder einer Betriebsart des Fahrzeuges erwärmt werden sollte, wie z. B. einem Fahrzustand, einer Leerlaufbetriebsart oder einem anfänglichen Starten, dann verhindert die Bypass-Leitung 122, dass das Kühlmittel mit niedriger Temperatur in die erste Verbindungsleitung 114a strömt. Somit wird vermieden, dass die Temperatur des Getriebeöles durch einen Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel verringert wird.
Falls jedoch die Temperatur des Kühlmittels höher als die vorbestimmte Temperatur ist, bewegt sich, wie in 10 mittels des durch das Durchgangsloch 168 des Stopp-Elementes 166 fließenden Kühlmittels gezeigt ist, das verformbare Element 148 der Ventileinheit 130 entlang des Führungsstabes 138 in einer Richtung nach oben.
In diesem Fall bewegt sich das Flansch-Element 156 zusammen mit dem verformbaren Element 148 nach oben, wobei die innere Ummantelung 152 innerhalb der äußeren Ummantelung 132 zusammen mit dem Flansch-Element 156 nach oben gleitet.
Mit Bezug auf 8 sind die Bypass-Löcher 142 durch den oberen Abschnitt der inneren Ummantelung 152 verschlossen, wobei die zweiten Öffnungen 154 entsprechend den ersten Öffnungen 138 positioniert sind.
Somit stehen die ersten und zweiten Öffnungen 138 und 154 in Kommunikation mit dem Inneren der inneren Ummantelung 152 und mit dem Äußeren der äußeren Ummantelung 132, so dass die Ventileinheit 130 geöffnet ist.
Somit fließt das Kühlmittel, welches in die Ventileinheit 130 fließt, und zwar in einem Zustand, wo ein Fließen in die Bypass-Leitung 122 durch Verschließen des Bypass-Loches durch die innere Ummantelung 152 verhindert wird, durch die ersten und zweiten Öffnungen 138 und 154, die erste Verbindungsleitung 114a, den wärmeabstrahlenden Abschnitt 110 und die erste Auslassöffnung 118a heraus.
Ein Teil des Kühlmittels, welches in die erste Einlassöffnung 116a fließt, und nicht in die Ventileinheit 130, kann durch die Bypass-Leitung 122 fließen, und durch die erste Auslassöffnung 118a zusammen mit dem Kühlmittel durch die erste Verbindungsleitung 114a herausfließen.
Das Kühlmittel, welches durch die erste Verbindungsleitung 114a des wärmeabstrahlenden Abschnittes 110 strömt, und das Getriebeöl, welches durch die zweite Einlassöffnung 116b und die zweite Verbindungsleitung 114b strömt, übertragen Wärme auf den wärmeabstrahlenden Abschnitt 110, so dass die Temperaturen davon gesteuert werden können.
Das Kühlmittel und das Getriebeöl strömen in einer unterschiedlichen Richtung bzw. in einer entgegengesetzten Richtung und tauschen deshalb Wärme miteinander aus, da die erste und die zweite Einlassöffnung 116a und 116b auf der einen Fläche und der anderen Fläche des wärmeabstrahlenden Abschnittes 110 in einer diagonalen Richtung ausgebildet sind. Daher übertragen das Getriebeöl und das Motoröl auf wirksamere Weise Wärme auf das Kühlmittel.
Wie in 11 dargestellt ist, fließt das Getriebeöl von dem Automatik-Getriebe 40 in die zweite Einlassöffnung 116b, welches auf der anderen Fläche des wärmeabstrahlenden Abschnittes 110 gebildet ist, strömt durch die zweite Verbindungsleitung 114b und fließt durch die zweite Auslassöffnung 118b heraus, um so wahlweise durch den Betrieb der Ventileinheit 130 Wärme mit dem Kühlmittel auszutauschen.
Somit wird das Getriebeöl, dessen Temperatur durch den Betrieb eines Drehmomentwandlers erhöht ist, durch eine Wärmeübertragung mit dem Kühlmittel in dem wärmeabstrahlenden Abschnitt 110 gekühlt und wird dann dem Automatik-Getriebe 40 zugeführt.
D. h., da der Wärmetauscher 100 dem mit einer hohen Geschwindigkeit rotierenden Automatik-Getriebe 40 das gekühlte Getriebeöl zuführt, wird ein Auftreten eines Schlupfes im Automatik-Getriebe 40 vermieden.
Das verformbare Element 148 bewegt sich in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels entlang des Befestigungsstabes 146 nach oben bzw. nach unten, um so die Position der inneren Ummantelung 152 anzupassen und gleichzeitig jede Öffnung 138 und 154 zu schließen bzw. öffnen, so dass das Kühlmittel durch das Bypass-Loch 142 oder die ersten und zweiten Öffnungen 138 und 154 fließt. Dementsprechend kann der Wärmetauscher 100 gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Fließen des durch den Wärmetauscher 100 strömenden Kühlmittels steuern.
Falls der Wärmetauscher 100 gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angewendet wird, können die Betriebsfluide erwärmt und gekühlt werden, und zwar gleichzeitig durch Verwenden der Temperaturen der Betriebsfluide im laufenden Zustand („Fahrzustand”) bzw. anfänglichen, d. h. Start-Zustand des Fahrzeuges. Daher können die Temperaturen der Betriebsfluide in effizienter Weise gesteuert werden.
Ebenso kann der Wärmetauscher 100 den Kraftstoffverbrauch verbessern und durch Steuern der Temperaturen der Betriebsfluide gemäß des Zustandes des Fahrzeuges die Heizleistung verbessern, und durch Vereinfachen einer Struktur bzw. Anordnung des Wärmetauschers Montageschritte vereinfachen.
Die Ventileinheit 130, welche mit dem verformbaren Material gefüllt ist, wie z. B. dem Wachs-Material, welches sich in Abhängigkeit von dem strömenden Betriebsfluid ausdehnt bzw. zusammenzieht, kann wahlweise das Kühlmittel dem sich verzweigenden Abschnitt 120 bzw. dem wärmeabstrahlenden Abschnitt 110 zuführen. Daher können die den Wärmetauscher bildenden Elemente vereinfacht und Herstellungskosten gesenkt werden. Zusätzlich kann Gewicht eingespart werden.
Da zusätzliche sich verzweigende Kreisläufe nicht benötigt werden, können Herstellungskosten gesenkt werden, eine Handhabbarkeit (beim Einbau) und benötigter Einbauraum in einem kleinen Motorraum können verbessert werden, und ein Layout/Anordnung von Verbindungsleitungen kann vereinfacht werden.
Da das Betriebsfluid in dem Automatik-Getriebe 40 das Getriebeöl ist, kann bei einem Kaltstart aufgrund einer schnellen Erwärmung hydraulische Reibung verringert werden. Zusätzlich kann ein Schlupf vermieden werden, und eine Beständigkeit des Fluides kann aufgrund einer ausgezeichneten Kühlleistung beim Fahren aufrechterhalten werden. Daher kann der Kraftstoffverbrauch und die Beständigkeit des Getriebeöles verbessert werden.
In dieser Beschreibung wird beispielhaft dargestellt, dass das Kühlmittel und das Getriebeöl als die Betriebsfluide verwendet werden, jedoch sind die Betriebsfluide nicht auf diese beschränkt. Alle Betriebsfluide, welche ein Erwärmen bzw. Kühlen erfordern, können verwendet werden.
Zusätzlich kann der Wärmetauscher gemäß verschiedener Ausführungsformen weiterhin Abdeckungen und Halterungen umfassen, welche eine Beschädigung des Wärmetauschers und weiterer Komponenten vermeiden, oder welche zum Befestigen des Wärmetauschers an anderen Komponenten oder im Motorraum verwendet werden.
Zur einfacheren Darstellung und genaueren Definition in den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe „oberer” oder „unterer” usw. verwendet, um Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf die Positionen solcher Merkmale zu beschreiben, wie sie in den Figuren dargestellt sind.
Die vorangegangenen Beschreibungen der spezifischen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind zum Zwecke der Darstellung und Beschreibung dargestellt worden. Sie sollen nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die genau beschriebenen bzw. offenbarten Formen beschränken, und offensichtlich sind viele Modifikationen und Änderungen im Lichte der obigen Lehren möglich.
Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und ihrer praktischen Anwendung zu erläutern, um dadurch einen Fachmann in die Lage zu versetzen, verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungen umzusetzen und zu verwenden, als auch verschiedene Alternativen und Modifikationen davon. Der Umfang der Erfindung soll durch die hieran angefügten Ansprüche und ihre rechtlichen Äquivalente definiert werden.

Claims

Wärmetauscher für ein Fahrzeug, umfassend: einen wärmeabstrahlenden Abschnitt einschließlich einer ersten Verbindungsleitung und einer zweiten Verbindungsleitung, welche wechselweise durch eine Mehrzahl von aufeinander gestapelten Platten gebildet sind, und welche jeweils erste und zweite Betriebsfluide empfangen, wobei die ersten und zweiten Betriebsfluide miteinander während einer Zirkulation durch die ersten und zweiten Verbindungsleitungen Wärme austauschen, wobei sich die ersten und zweiten Betriebsfluide, welche in die ersten und zweiten Verbindungsleitungen geführt werden, während der Zirkulation nicht miteinander vermischen; und einen sich verzweigenden Abschnitt, welcher eine Einlassöffnung für ein Einströmen der ersten und/oder zweiten Betriebsfluide mit einer Auslassöffnung zum Ausströmen des einen Betriebsfluides verbindet, um das eine Betriebsfluid derart in eine Richtung strömen zu lassen, um den wärmeabstrahlenden Abschnitt gemäß einer Temperatur des einen Betriebsfluides zu umgehen; wobei der sich verzweigende Abschnitt eine an der Einlassöffnung angeordnete Ventileinheit umfasst, welche wahlweise eine der Verbindungsleitungen des wärmeabstrahlenden Abschnittes öffnet und schließt, und zwar durch Ausdehnung und Zusammenziehen eines darin befindlichen verformbaren Materiales, um das Betriebsfluid wahlweise zu dem wärmeabstrahlenden Abschnitt oder dem sich verzweigenden Abschnitt gemäß der Temperatur des einen Betriebsfluides in gerichteter Weise strömen zu lassen.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die Einlassöffnung und die Auslassöffnung umfassen: erste und zweite, in den ersten und zweiten Flächen des wärmeabstrahlenden Abschnittes gebildete Einlassöffnungen; und erste und zweite, in den ersten und zweiten Flächen des wärmeabstrahlenden Abschnittes gebildete Auslassöffnungen, welche diagonal den ersten und zweiten Einlassöffnungen gegenüber stehen, und jeweils mit ersten und zweiten Einlassöffnungen durch die entsprechenden Verbindungsleitungen jeweils mit dem wärmeabstrahlenden Abschnitt verbunden sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 2, wobei die Ventileinheit umfasst: eine äußere Ummantelung, einschließlich eines Befestigungselementes, welche entsprechend der ersten Einlassöffnung in dem wärmeabstrahlenden Abschnitt eingefügt ist, und einer Befestigungsnut, welche in einem unteren Mittenabschnitt davon ausgebildet ist, und mit der zweiten Fläche des wärmeabstrahlenden Abschnittes befestigt ist, und eines Einfügeabschnitt, welcher in integraler Weise an einem oberen Abschnitt des Befestigungselementes ausgebildet ist, und zwar mit wenigstens einer ersten Öffnung, welche entsprechend der Verbindungsleitung des wärmeabstrahlenden Abschnittes entlang der Längsrichtung und mit wenigstens einem entsprechend dem sich verzweigenden Abschnitt ausgebildeten Bypass-Loch davon ausgebildet ist; einen Befestigungsstab, welcher in die äußere Ummantelung eingeführt ist, und dessen eines Ende an der Befestigungsnut des Befestigungselementes angebracht ist; eine verformbare Komponente, welche in gleitender Weise auf dem Befestigungsstab angeordnet ist, und durch die Ausdehnung bzw. Zusammenziehung des darin befindlichen verformbaren Materiales gemäß einer Änderung der Temperatur des Betriebsfluides sich auf dem Befestigungsstab auf und ab bewegt; eine innere Ummantelung, welche wenigstens eine zweite Öffnung entlang einer Längsrichtung davon entsprechend der ersten Öffnung der äußeren Ummantelung aufweist, und in gleitbarer Weise in die äußere Ummantelung eingefügt ist; eine Flansch-Komponente, welche am unteren Abschnitt der inneren Ummantelung darin befestigt ist, und am unteren Abschnitt der verformbaren Komponente angebracht ist; ein Stopp-Element, welches am oberen Abschnitt der äußeren Ummantelung befestigt ist; und eine elastische Komponente, welche zwischen der verformbaren Komponente und dem Stopp-Element angeordnet ist, um so eine elastische Kraft auf die verformbare Komponente auszuüben.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei das Befestigungselement der äußeren Ummantelung mithilfe eines Schnapp-Ringes an dem wärmeabstrahlenden Abschnitt angebracht ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei die äußere Ummantelung ein Zylinder mit offenem oberem Ende ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei das Bypass-Loch und die erste Öffnung entlang der Längsrichtung der äußeren Ummantelung voneinander beabstandet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei die ersten Öffnungen am unteren Abschnitt der äußeren Ummantelung entlang der Längsrichtung der äußeren Ummantelung vom Bypass-Loch voneinander beabstandet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei die innere Ummantelung ein beidseitig offener Zylinder ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei die zweiten Öffnungen entlang der Längsrichtung der inneren Ummantelung voneinander beabstandet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 9, wobei die zweiten Öffnungen nicht entlang der Längsrichtung der inneren Ummantelung ausgerichtet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei die innere Ummantelung nach oben verlagerbar ist, wenn sich die verformbare Komponente nach oben verlagert, so dass die zweite Öffnung an der ersten Öffnung positioniert ist, um die erste Öffnung zu öffnen und das Bypass-Loch durch die innere Ummantelung zu schließen.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei die innere Ummantelung zunächst zusammensetzbar ist, wenn die erste Öffnung durch die innere Ummantelung verschlossen ist und die zweite Öffnung durch die äußere Ummantelung verschlossen ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei das in der verformbaren Komponente befindliche verformbare Material ein Wachs-Material ist, welches sich in Abhängigkeit von der Temperatur des in die Einlassöffnung fließenden Betriebsfluides expandiert bzw. zusammenzieht.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei auf einem Außenumfang des Flansch-Elementes Strömungslöcher ausgebildet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei ein Außenumfang des Flansch-Elementes am unteren Innenumfang der inneren Ummantelung angebracht ist, und ein zu einem Mittenabschnitt des Flansch-Elementes ausgebildeten Befestigungsabschnittes mit der verformbaren Komponente verbunden und durch einen an der verformbaren Komponente befestigten Befestigungsring festgelegt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei das Flansch-Element mit einem Innenumfang der inneren Ummantelung verbunden ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei wenigstens ein Durchgangsloch in dem Stopp-Element ausgebildet ist, so dass das Betriebsfluid durch die erste Einlassöffnung zuströmt, um innerhalb der Ventileinheit zu fließen.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei ein Dichtungsring zwischen dem wärmeabstrahlenden Abschnitt und dem Befestigungselement der äußeren Ummantelung angeordnet ist, so dass das innerhalb der Ventileinheit strömende Betriebsfluid nicht aus dem wärmeabstrahlenden Abschnitt entweichbar ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 2, wobei der sich verzweigende Abschnitt von dem wärmeabstrahlenden Abschnitt absteht, und zwar für eine Verbindung der ersten Einlassöffnung und der ersten Auslassöffnung.
Wärmetauscher nach Anspruch 2, wobei die erste Einlassöffnung und die erste Auslassöffnung in Ecken des wärmeabstrahlenden Abschnittes in diagonalen Richtungen ausgebildet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 2, wobei die zweite Einlassöffnung und die zweite Auslassöffnung in der zweiten Fläche des wärmeabstrahlenden Abschnittes ausgebildet sind, wobei sie sich diagonal zueinander gegenüberstehen und mit Bezug auf die erste Einlassöffnung und die erste Auslassöffnung symmetrisch sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 2, wobei das eine Betriebsfluid ein durch einen Kühler zirkulierendes Kühlmittel ist und das andere Betriebsfluid ein durch ein Automatikgetriebe zirkulierendes Getriebeöl ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 22, wobei das Kühlmittel durch die erste Einlassöffnung und die erste Auslassöffnung zirkuliert und das Getriebeöl durch die zweite Einlassöffnung und die zweite Auslassöffnung zirkuliert, und die Verbindungsleitung eine erste Verbindungsleitung umfasst, durch welche das Kühlmittel fließt, und eine zweite Verbindungsleitung, durch welche das Getriebeöl fließt.
Wärmetauscher nach Anspruch 23, wobei der sich verzweigende Abschnitt eine Bypass-Leitung umfasst, welche angrenzend an die erste Einlassöffnung und die erste Auslassöffnung positioniert und dazu ausgebildet ist, um das in die erste Einlassöffnung zu der ersten Auslassöffnung strömende Kühlmittel auszustoßen, und zwar zusätzlich zu der ersten Verbindungsleitung.