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Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, welche eine Kühlmittelzuleitung und eine Kühlmittelableitung eines an einem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs angeordneten, flüssiggekühlten Turboladers aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer dementsprechenden Kühlvorrichtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, bei welchem flüssiges Kühlmittel über eine Kühlmittelzuleitung einem Turbolader des Kraftfahrzeugs zugeführt wird und im Turbolader erwärmt wird und das erwärmte Kühlmittel über eine Kühlmittelableitung vom Turbolader abgeführt wird.
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Viele Verbrennungskraftmaschinen werden üblicherweise mit Hilfe eines Turboladers betrieben, um Verbesserungen beim Verbrauch, den Emissionen und der Leistung zu erzielen. Das Abgas des Motors strömt dabei durch eine Turbine, die einen Verdichter antreibt und somit mehr Luft in den Verbrennungsraum drückt. Der Turbolader ist üblicherweise in direkter Motornähe hinter dem Abgaskrümmer angeordnet. Besonders die Turbinenschaufeln als auch das Turbinengehäuse sind durch die Durchströmung mit heißem Abgas besonders hohen Temperaturen ausgesetzt. Um die Haltbarkeit des Turboladers über die Lebenszeit zu gewährleisten sind zwei gängige Methoden bekannt.
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Bei der ersten Methode wird das Turbinengehäuse aus hochfestem Thermostahl hergestellt und dieses durch gezielte Luftführung im Motorraum gekühlt. Die Abwärme des Turboladers wird in die Umgebung dissipiert.
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Bei der zweiten Methode wird das Turbinengehäuse aus Aluminium hergestellt und kann daher gezielt durch einen Kühlmantel aus Wasser gekühlt werden. Die Kühlflüssigkeit wird aus dem Kühlkreislauf des Motors abgezweigt und das aufgewärmte Kühlmittel wird nach dem Durchströmen des Turbinengehäuses wieder dem Kühlkreislauf zugeführt. Die Abwärme des Turboladers trägt nach dem Kaltstart somit zur schnelleren Erwärmung des Kühlmittels des Motors bei.
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Vorliegend gilt die Aufmerksamkeit einem flüssigkeitsgekühlten Turbolader.
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Aus dem Dokument
DE 10 2017 112 321 A1 ist eine Strategie zum Steuern einer elektrischen Pumpe und eines Steuerventils in einem Verbrennungsmotor-Kühlsystem bekannt, die Gegendruckschwankungen kompensiert und den Systembetrieb innerhalb der Entwurfsparameter aufrecht erhält. Das Verfahren umfasst die Schritte des Messens der Kühlmitteltemperatur, das Messen des elektrischen Stroms und der Spannung zum Pumpenmotor, Bestimmen der Pumpendrehzahl und des Kühlmittelstroms, Bestimmen der gewünschten Kühlmittelströmung, Bestimmen einer negativen Korrektur am Strömungssteuerventil und der Pumpe, wenn der gewünschte Durchfluss geringer ist als der vorliegende Kühlmittelstrom und Bestimmen einer positiven Korrektur des Strömungssteuerventils und der Pumpe, wenn der gewünschte Durchfluss höher als der Kühlmittelstrom ist und Durchführen dieser Korrektur zum Kühlmittelstrom. Somit kann basierend auf dem abgeleiteten Gegendruck im Motorkühlmittelsystem aus den Daten, die sich auf den Pumpenenergieaufwand beziehen, der korrekte Kühlmittelstrom, die Wärmeabweisung und die Betriebstemperatur des Motors trotz Schwankungen der Systemströmungsdrosselungen und des Gegendrucks aufrechterhalten werden.
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Aus dem Dokument
DE 10 2008 021 263 A1 ist ein Flüssigkeitskühlsystem eines durch einen Turbolader aufgeladenen Verbrennungsmotors bekannt, umfassend eine Pumpe, die vom Verbrennungsmotor betreibbar ist, einen ersten Kühlkreislauf mit einer Vorlaufleitung und einer Rücklaufleitung, wobei der erste Kühlkreislauf durch einen Motorblockkühlmantel und einen Kühler läuft, und einen zweiten Kühlkreislauf mit einer Vorlaufleitung und einer Rücklaufleitung, wobei der zweite Kühlkreislauf vom ersten Kühlkreislauf abgezweigt ist und durch einen Turboladerkühlmantel und einen Ausgleichsbehälter läuft. Der Abzweig des zweiten Kühlkreislaufs ist an einer Hochdruckseite des ersten Kühlkreislaufs angeordnet, die Rücklaufleitung des zweiten Kühlkreislaufs ist geodätisch höher angeordnet als die Vorlaufleitung des zweiten Kühlkreislaufs und der Ausgleichsbehälter ist geodätisch höher angeordnet als die Rücklaufleitung des zweiten Kühlkreislaufs.
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Das Dokument
DE 10 2009 060 340 A1 betrifft ein Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs, mit einem Kühler, mit einem Ölführungsgehäuse, mit mindestens einer Kühlwasservorlaufleitung und/oder mit mindestens einer Kühlwasserrücklaufleitung, wobei das Ölführungsgehäuse aus Magnesium bzw. einer Magnesiumlegierung gefertigt ist, und wobei die oder jede Kühlwasserrücklaufleitung und/oder die oder jede Kühlwasservorlaufleitung zumindest abschnittsweise aus Edelstahl gefertigt und über eine Halteeinrichtung aus Kunststoff, die an einem aus Edelstahl gefertigten Abschnitt derselben angreift, am Ölführungsgehäuse geführt ist.
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Das Dokument
DE 10 2008 008 585 A1 betrifft ein Fahrzeug mit einem Getriebe, das in einem Getriebegehäuse untergebracht ist und das einen Getriebeölkreislauf aufweist, sowie einem Kältemittelkreislauf und einem Wärmetauscher, über den der Getriebeölkreislauf thermisch mit dem Kältemittelkreislauf gekoppelt ist. Der Wärmetauscher ist am oder im Getriebegehäuse vorgesehen.
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Das Dokument
DE 10 2009 017 748 A1 betrifft ein Verfahren zur Regulierung des Wärmehaushalts einer Brennkraftmaschine für ein Fahrzeug mit einem als Kühlmittelkreislauf vorgesehenen Fluidkreislauf. Hierbei wird der Brennkraftmaschine, einem Getriebeölwärmeübertrager, einem Motorölwärmeübertrager, einem Speicher für erwärmtes Fluid und/oder einem Abgaswärmeübertrager Wärme entzogen und einem Fahrgastraumheizungswärmeübertrager, der Brennkraftmaschine, dem Getriebeölwärmeübertrager, dem Motorölwärmeübertrager, dem Speicher und/oder dem Abgaswärmeübertrager Wärme zugeführt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kühlvorrichtung, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zu schaffen, mit welchem bzw. bei welchem eine Abwärme eines Turboladers effektiver genutzt wird und mit welchem bzw. bei welchem zumindest ein Teil des noch nicht erwärmten Kühlmittels situationsgerecht abgezweigt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kühlvorrichtung, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben einer Kühlvorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
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Eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug weist eine Kühlmittelzuleitung und eine Kühlmittelableitung eines flüssiggekühlten Turboladers auf. Der Turbolader ist an einem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs angeordnet. Ein wichtiger Gedanke der Erfindung ist, dass die Kühlmittelableitung durch eine Ölvorwärmeleitung mit zumindest einer zumindest teilweise in einem Ölbehälter angeordneten Wärmetauschereinheit verbunden ist.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass eine in dem Kühlmittel der Kühlmittelableitung enthaltene Abwärme des Turboladers effektiv genutzt werden kann, um Öl in dem Ölbehälter aufzuwärmen bzw. vorzuwärmen. Ein Kaltstart eines Motors gegenüber einem Warmstart hat einen erhöhten Kraftstoffverbrauch zur Folge. Dies liegt u. a. an der Viskosität des Motor- und Getriebeöls. Im Gegensatz zum warmen Öl benötigt ein kaltes, zähes Öl mehr Leistung, um im Ölkreislauf bewegt zu werden. Durch die Erhöhung der Temperatur des Öls wird nun der Widerstand des Öls im Ölkreislauf gesenkt.
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Durch die Kühlvorrichtung wird das Öl im Ölbehälter schneller aufgewärmt. Dies wird möglich, durch das Führen des durch den Turbolader erwärmten Kühlmittels durch die Ölvorwärmeleitung zur Wärmetauschereinheit. Mittels der Wärmetauschereinheit wird dann Wärmeenergie zwischen dem Kühlmittel und dem Öl ausgetauscht. Insbesondere wird ein wesentlicher Anteil der Wärmeenergie des Kühlmittels von dem Kühlmittel an das Öl in den Ölbehälter abgegeben.
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Durch die Kühlmittelzuleitung wird das Kühlmittel zum Turbolader zugeleitet. Im Turbolader nimmt das Kühlmittel zumindest einen Teil, insbesondere einen wesentlichen Teil, der Abwärme des Turboladers auf und wird durch die Kühlmittelableitung vom Turbolader weggeführt. Das Kühlmittel kann während der Zeit im Turbolader beispielsweise beliebig durch ein Gehäuse des Turboladers strömen.
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Das Kühlmittel kann beispielsweise als Kühlwasser oder vielfältige Flüssigkeit zur Wärmeenergieaufnahme ausgebildet sein.
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Durch die Ölvorwärmeleitung wird eine direkte Verbindung zwischen der an dem Turbolader anschließenden Kühlmittelableitung und der Wärmetauschereinheit geschaffen. Somit kann das Kühlmittel unmittelbar und gezielt zur Wärmetauschereinheit geleitet werden. Durch die Ölvorwärmeleitung wird das Kühlmittel insbesondere direkt und ohne Umwege zum Öl bzw. zur Wärmetauschereinheit geleitet. Vorteilhaft ist dies wiederum, da die Wärmeenergie des Kühlmittels so früh wie möglich und ohne den Umweg über andere Komponenten des Kraftfahrzeugs an das Öl abgegeben werden kann.
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Die Wärmetauschereinheit ist insbesondere in einem im Ölbehälter vorhandenen Öl angeordnet, insbesondere derart, dass die, vorzugsweise gesamte, Wärmetauschereinheit vom Öl umgeben ist. Weiterhin ist die Wärmetauschereinheit derart ausgebildet, dass ein wesentlicher Teil der durch den Turbolader hinzugekommenen Wärmeenergie des Kühlmittels an das Öl abgegeben werden kann. So weist die Wärmetauschereinheit beispielsweise Lamellen auf, um die effektive Fläche zwischen dem Kühlmittel und dem Öl so groß wie möglich zu schaffen. Die Wärmetauschereinheit ist also als Öl-Kühlmittel-Wärmetauscher ausgebildet.
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Der Ölbehälter umfasst insbesondere sämtliche das Öl führende Komponenten, insbesondere auch einen Ölfilter. So kann die Wärmetauschereinheit beispielsweise auch an einem Ölfilter angeordnet sein, insbesondere in dem Ölfilter integriert sein. Vorzugsweise ist die Wärmetauschereinheit an einer Stelle des Ölbehälters angeordnet, an welcher die Öltemperatur im Vergleich zu anderen Stellen des Ölbehälters relativ gering ist. Insbesondere taucht die Wärmetauschereinheit zumindest teilweise in das Öl ein.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Wärmetauschereinheit als erste Wärmetauschereinheit ausgebildet ist und der Ölbehälter als Motorölbehälter ausgebildet ist, wobei der Motorölbehälter an dem Verbrennungsmotor angeordnet ist. Die erste Wärmetauschereinheit ist also vorzugsweise als Motorölwärmetauschereinheit ausgebildet. Durch die erste Wärmetauschereinheit wird der Übergang von Wärmeenergie von dem Kühlmittel zum Öl des Motorölbehälters ermöglicht. Das Öl des Motorölbehälters ist insbesondere als Motoröl ausgebildet und zur Nutzung im Verbrennungsmotor ausgebildet.
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Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Wärmetauschereinheit als zweite Wärmetauschereinheit ausgebildet ist und der Ölbehälter als Getriebeölbehälter ausgebildet ist, wobei der Getriebeölbehälter an einem Fahrzeuggetriebe des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Die zweite Wärmetauschereinheit ist somit vorzugsweise eine Getriebeölwärmetauschereinheit. Somit ist das Öl des Getriebeölbehälters insbesondere Getriebeöl, welches zur Nutzung in dem Fahrzeuggetriebe ausgebildet ist. Durch die zweite Wärmetauschereinheit wird das Getriebeöl bzw. das Öl des Getriebeölbehälters erwärmt. Vorteilhaft ist dies, da dadurch die Temperatur des Getriebeöls beim Kaltstart des Kraftfahrzeugs schneller erwärmt werden kann.
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Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Ölvorwärmeleitung durch einen ersten Ventilausgang eines steuerbaren Ablaufventils mit der Kühlmittelableitung direkt verbunden ist und die Kühlmittelableitung durch einen zweiten Ventilausgang des Ablaufventils mit einer Motorkühlleitung des Verbrennungsmotors direkt verbunden ist. Durch das Ablaufventil kann also gesteuert werden, welche Menge des Kühlmittels durch die Ölvorwärmeleitung zur Wärmetauschereinheit geführt wird und welche Menge des Kühlmittels ohne den Umweg durch die Ölvorwärmeleitung direkt zur Motorkühlleitung geführt wird. Vorteilhaft ist das beispielsweise, wenn das Öl im Ölbehälter schon mindestens die Temperatur des Kühlmittels in der Kühlmittelableitung erreicht hat. D. h., das Kühlmittel in der Kühlmittelableitung ist beispielsweise kühler als die Temperatur des Öls im Ölbehälter. In diesem Fall kann das Ablaufventil dann beispielsweise so gesteuert werden, dass das Kühlmittel nur noch durch die Motorkühlleitung geführt wird. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das Ablaufventil derart gesteuert ist, dass lediglich ein kleiner Kühlmittelstrom durch die Ölvorwärmeleitung fließt und dadurch vorzugsweise ein Überhitzen der Ölvorwärmeleitung verhindert wird. Der größere Teil des Kühlmittels wird dann vorzugsweise durch die Motorkühlleitung geführt.
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Erfindungsgemäß ist nun ein erster Ventilausgang eines Zulaufventils mit der Kühlmittelzuleitung direkt verbunden ist und ist ein zweiter Ventilausgang des Zulaufventils mit einer Turboladerumgehungsleitung direkt verbunden. Vorzugsweise ist dem Zulaufventil das kalte Kühlmittel, also das Kühlmittel nachdem es beispielsweise einen Kühler des Kraftfahrzeugs durchlaufen hat und bevor es durch den Verbrennungsmotor und den Turbolader erwärmt wurde, zugeführt. Durch das Zulaufventil kann dann zumindest ein Teil des noch nicht erwärmten Kühlmittels für die Turboladerumgehungsleitung abgezweigt werden. Das Kühlmittel, welches durch die Turboladerumgehungsleitung geführt wird, fließt insbesondere nicht durch den Turbolader, sondern wird derart an dem Turbolader vorbeigeleitet, dass vorzugsweise keine Wärmeenergie des Turboladers an das Kühlmittel abgegeben wird. Durch das Zulaufventil und die Turboladerumgehungsleitung ist es möglich, kaltes bzw. nicht erwärmtes Kühlmittel zur Wärmetauschereinheit zu führen. Die Wärmetauschereinheit kann damit auch zur Kühlung des Öls im Ölbehälter genutzt werden. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, falls das Öl, insbesondere das Motoröl und/oder das Getriebeöl, während des Betriebs des Kraftfahrzeugs zu heiß wird und gekühlt werden muss. Die Turboladerumgehungsleitung ist dazu insbesondere direkt mit der Wärmetauschereinheit verbunden. Das durch die Turboladerumgehungsleitung geführte kalte Kühlmittel kann dann mittels der Wärmetauschereinheit Wärmeenergie vom Öl im Ölbehälter aufnehmen.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass die, insbesondere zweite, Wärmetauschereinheit, insbesondere nur, über ein Steuerventil mit der Ölvorwärmeleitung eingerichtet zum Steuern einer Durchflussmenge eines durch die Ölvorwärmeleitung fließenden Kühlmittels verbunden ist. Durch das Steuerventil kann der Zufluss von Kühlmittel zur zweiten Wärmetauschereinheit unterbrochen werden oder aber zumindest die Durchflussmenge kann reguliert werden. Durch das Steuerventil wird es weiterhin beispielsweise ermöglicht, dass zwar die erste Wärmetauschereinheit mit dem erwärmten Kühlmittel über die Ölvorwärmeleitung versorgt wird, jedoch nicht die zweite Wärmetauschereinheit. Dadurch kann beispielsweise das Motoröl vorgewärmt werden, nicht aber das Getriebeöl. Es kann aber auch sein, dass das Getriebeöl erwärmt wird aber nicht das Motoröl.
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Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung. Das Kraftfahrzeug umfasst dabei insbesondere einen Verbrennungsmotor und einen an dem Verbrennungsmotor angeordneten flüssiggekühlten Turbolader. Weiterhin umfasst das Kraftfahrzeug insbesondere ein Fahrzeuggetriebe. Der Verbrennungsmotor kann beispielsweise mit Benzin oder Diesel, sowie anderen Kraftstoffen wie Beimischungen zu Benzin oder Diesel, CNG (Compressed Natural Gas), LPG (Liquified Petrol Gas) oder synthetischen Kraftstoffen betrieben werden. Der Verbrennungsmotor weist einen Motorölbehälter auf. Der Motorölbehälter weist beispielsweise einen Ölsumpf und einen Ölfilter auf. Das Fahrzeuggetriebe weist beispielsweise einen Getriebeölbehälter und einen Ölfilter auf.
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Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildet kann aber beispielsweise auch als Lastkraftwagen oder als ein anderes Nutzfahrzeug ausgebildet sein.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug betrieben. Es wird flüssiges Kühlmittel über eine Kühlmittelzuleitung zu einem Turbolader des Kraftfahrzeugs zugeführt und im Turbolader erwärmt. Das erwärmte Kühlmittel wird über eine Kühlmittelableitung vom Turbolader abgekühlt. Als ein wichtiger Gedanke der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Kühlmittel von der Kühlmittelableitung zumindest teilweise, insbesondere durch eine Ölvorwärmeleitung, zu zumindest einer, insbesondere zumindest teilweise, insbesondere in einem Ölbehälter angeordneten, Wärmetauschereinheit geführt wird und Wärmeenergie zwischen dem Kühlmittel und zumindest einem Öl in zumindest einem Ölbehälter des Kraftfahrzeugs ausgetauscht wird.
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Insbesondere wird bei dem Austausch die Wärmeenergie von dem Kühlmittel an das Öl in den Ölbehälter abgegeben.
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Erfindungsgemäß wird ein aktueller Öltemperaturwert des Öls im Ölbehälter bestimmt und wird ein vor der Kühlmittelzuleitung angeordnetes Zulaufventil abhängig von dem Öltemperaturwert geregelt und durch das Zulaufventil das Kühlmittel zumindest teilweise durch eine direkt mit der Wärmetauschereinheit verbundene Turboladerumgehungsleitung geführt, falls der Öltemperaturwert größer als ein Öltemperaturgrenzwert ist. Falls also beispielsweise festgestellt wird, dass der Öltemperaturwert den Öltemperaturgrenzwert überschreitet, so kann durch das Zulaufventil zumindest teilweise kühles Kühlmittel, also Kühlmittel, welches nach dem Durchfließen eines Kühlers des Kraftfahrzeugs noch nicht durch den Turbolader geflossen ist, durch die Turboladerumgehungsleitung geführt werden, welche mit der Wärmetauschereinheit verbunden ist, und dadurch das Öl im Ölbehälter kühlen bzw. Wärmeenergie von dem Öl im Ölbehälter aufnehmen.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der aktuelle Öltemperaturwert des Öls im Ölbehälter bestimmt wird und ein zwischen der Kühlmittelableitung und einer Ölvorwärmeleitung angeordnetes Ablaufventil zur Regulierung einer durch das Ablaufventil durchfließenden Ölmenge abhängig von dem Öltemperaturwert geregelt wird. Der aktuelle Öltemperaturwert kann beispielsweise mit einem Thermostat im Ölbehälter bestimmt werden. Das Ablaufventil wird dann beispielsweise anhand des Öltemperaturwerts derart geregelt, dass das Kühlmittel lediglich, insbesondere in vollem Umfang, zur Wärmetauschereinheit geführt wird, falls der Öltemperaturwert kleiner als ein Kühlmitteltemperaturwert ist. Dabei wird verhindert, dass das Kühlmittel von dem Öl erwärmt wird. So kann das Öl beispielsweise eine höhere Temperatur als das Kühlmittel haben und das Kühlmittel derart erwärmen, dass es in einen gasförmigen Zustand übertritt. Das Ablaufventil kann aber auch derart geregelt werden, dass lediglich eine geringe Menge des Kühlmittels durch die Ölvorwärmeleitung in diesem Fall geführt wird, um ein Überhitzen der Ölvorwärmeleitung zu verhindern.
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Vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung sind als vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs und des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen. Die gegenständlichen Komponenten der Kühlvorrichtung und des Kraftfahrzeugs sind jeweils dazu ausgebildet, die jeweiligen Verfahrensschritte durchzuführen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegeben Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder auch in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung;
- 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Kühlvorrichtung mit einer Ölvorwärmeleitung und einem steuerbaren Ablaufventil;
- 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Kühlvorrichtung mit einem Zulaufventil und einer Turboladerumgehungsleitung; und
- 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Kühlvorrichtung, mit welcher Öl eines Motorölbehälters und Öl eines Getriebeölbehälters gekühlt wird.
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In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Kühlvorrichtung 2 gezeigt. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst einen Verbrennungsmotor 3, einen Turbolader 4 und ein Fahrzeuggetriebe 5. Der Verbrennungsmotor 3 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel als Frontmotor ausgebildet, kann aber beispielsweise auch als Mittelmotor, Heckmotor oder in vielfältiger anderer Weise ausgebildet sein. Weiterhin ist der Verbrennungsmotor 3 vorzugsweise als Benzin- oder Dieselmotor ausgebildet. An dem Verbrennungsmotor 3 ist der Turbolader 4 angeordnet. Der Turbolader 4 ist als Abgasturbolader ausgebildet und flüssiggekühlt, d.h. im Wesentlichen nicht luftgekühlt. Insbesondere wird die Wärmeenergie, welche in Komponenten des Turboladers, insbesondere einem Gehäuse des Turboladers, gespeichert ist, im Wesentlichen durch ein flüssiges Kühlmittel bzw. eine als Kühlmittel ausgebildete Kühlflüssigkeit abgeführt.
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Der Verbrennungsmotor 3 weist einen Motorölbehälter 6 auf und das Fahrzeuggetriebe 5 weist ein Getriebeölbehälter 7 auf. Der Motorölbehälter 6 ist vorzugsweise als Ölwanne ausgebildet, kann aber auch einen Ölfilter umfassen. In dem Motorölbehälter 6 befindet sich Motoröl 8. Das Motoröl 8 ist zur Schmierung des Verbrennungsmotors 3 vorgesehen.
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Der Getriebeölbehälter 7 enthält Getriebeöl 9. Das Getriebeöl 9 ist zur Schmierung des Fahrzeuggetriebes 5 vorgesehen.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung 2. Gezeigt ist der Verbrennungsmotor 3 mit dem Motorölbehälter 6. In dem Motorölbehälter 6 ist das Motoröl 8. Der Verbrennungsmotor 3 ist durch ein Kühlmittel 10 flüssiggekühlt. Das Kühlmittel 10 kann beispielsweise als Kühlwasser oder als eine in vielfältiger Weise anders ausgebildete Flüssigkeit ausgebildet sein.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel umfasst das Kraftfahrzeug 1 einen Kühler 11, ein Kennfeldregelungsventil 12 und eine Kühlmittelpumpe 13. Der Kühler 11 ist beispielweise als Lamellenkühler ausgebildet und gilt als Wärmesenke. Durch den Kühler 11 wird beispielsweise Wärme von dem Kühlmittel 10 an die Umgebungsluft des Kühlers 11 bzw. des Kraftfahrzeugs 1 abgegeben.
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Durch das Kennfeldregelungsventil wird ein kleiner Kühlkreis 14 und ein großer Kühlkreis 15 ermöglicht. Um die Erwärmung des Kühlmittels 10 nach dem Kaltstart zu beschleunigen, kann das Kühlmittel 10 durch das Kennfeldregelungsventil 12 nur in dem kleinen Kühlkreis 14 geführt werden. In dem kleinen Kühlkreis 14 schließt das Kühlmittel 10 nicht durch den Kühler 11 und wärmt sich deshalb schneller auf. Wenn das Kühlmittel 10 dann die gewünschte Betriebsmitteltemperatur erreicht hat, kann das Kennfeldregelungsventil 12 derart geschalten werden, dass das Kühlmittel 10 auch oder nur durch den großen Kühlkreis 15 geführt wird.
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Durch die Kühlmittelpumpe 13 wird das Kühlmittel 10 durch den Verbrennungsmotor 3, den Turbolader 4 und den Kühler 11 befördert.
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Weiterhin gezeigt ist der Turbolader 4, welcher eine Kühlmittelzuleitung 16 und eine Kühlmittelableitung 17 aufweist. Durch die Kühlmittelzuleitung 16 wird das Kühlmittel 10 dem Turbolader 4 zugeführt. Durch die Kühlmittelableitung 17 wird das durch den Turbolader 4 erwärmte Kühlmittel 10 abgeführt.
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Die Kühlvorrichtung 2 weist eine Ölvorwärmeleitung 18 auf, welche mit der Kühlmittelableitung 17 und einer ersten Wärmetauschereinheit 19 direkt verbunden ist. Die Ölvorwärmeleitung 18 kann dabei einteilig oder auch mehrteilig ausgebildet sein. Die Ölvorwärmeleitung 18 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass das Kühlmittel 10 auf kürzestem Weg vom Turbolader 4 zur ersten Wärmetauschereinheit 19 geführt wird.
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Weiterhin kann die Ölvorwärmeleitung 18 beispielsweise als Schlauch oder Rohr oder nur als ein Kanal bzw. eine Bohrung im Motorblock ausgebildet sein.
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Die erste Wärmetauschereinheit 19 ist zumindest teilweise in dem Motorölbehälter 6 angeordnet. Vorzugsweise ist die erste Wärmetauschereinheit 19 vollständig in dem Motorölbehälter 6 angeordnet. Zumindest ist die erste Wärmetauschereinheit 19 aber derart teilweise in dem Motorölbehälter 6 bzw. an dem Motorölbehälter 6 angeordnet, dass Wärmeenergie von dem Kühlmittel 10 an das Motoröl 8 übertragen werden kann.
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Durch die Ölvorwärmeleitung 18 wird es also ermöglicht das durch den Turbolader 4 erwärmte Kühlmittel 10 der ersten Wärmetauschereinheit 19 zuzuführen und dadurch das Motoröl 8, insbesondere während einer Kaltstartphase des Kraftfahrzeugs 1, zu erwärmen.
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Bei bekannten Kühlvorrichtungen wird das Kühlmittel 10 üblicherweise nur über eine an die Kühlmittelableitung 17 anschließende Motorkühlleitung 20 vom Turbolader 4 zum Verbrennungsmotor 3 geführt. Die durch den Turbolader 4 an das Kühlmittel 10 abgegebene Wärme wird bei bekannten Kühlvorrichtungen nicht bewusst bzw. zielgerichtet zur Erwärmung des Motoröls 8 mittels der ersten Wärmetauschereinheit 19 genutzt.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel weist die Kühlvorrichtung 2 ein steuerbares Ablaufventil 21 auf. Das Ablaufventil 21 ist an die Kühlmittelableitung 17 angeschlossen und weist einen ersten Ventilausgang 22 auf, welcher direkt mit der Ölvorwärmeleitung 18 verbunden ist. Zudem weist das Ablaufventil 21 einen zweiten Ventilausgang 23 auf, welcher mit der Motorkühlleitung 20 direkt verbunden ist. Das Kühlmittel 10 strömt also, nachdem es den Turbolader 4 durchlaufen hat, über die Kühlmittelableitung 17 in das Ablaufventil 21 und je nach Ansteuerung des Ablaufventils 21 in den ersten Ventilausgang 22 und somit in die Ölvorwärmeleitung 18 und/oder in den zweiten Ventilausgang 23 und somit in die Motorkühlleitung 20.
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Das Ablaufventil 21 kann derart gesteuert werden, dass das gesamte Kühlmittel 10 nur durch den ersten Ventilausgang 22 oder nur durch den zweiten Ventilausgang 23 geleitet wird oder aber, dass das Kühlmittel 10 durch den ersten Ventilausgang 22 und den zweiten Ventilausgang 23 gleichzeitig geleitet wird.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung 2. Das Ausführungsbeispiel ist analog dem Ausführungsbeispiel von 2 ausgebildet, jedoch ist zusätzlich an der Kühlmittelzuleitung 16 ein Zulaufventil 24 angeordnet. Das Zulaufventil 24 weist einen ersten Ventilausgang 25 auf, welcher direkt mit der Kühlmittelzuleitung 16 verbunden ist. Weiterhin weist das Zulaufventil 24 einen zweiten Ventilausgang 26 auf, welcher direkt mit einer Turboladerumgehungsleitung 27 verbunden ist. Das Kühlmittel 10 kommt in diesem Fall von der Kühlmittelpumpe 13 und wird abhängig von der Ansteuerung des Zulaufventils 24 durch den ersten Ventilausgang 25 und/oder durch den zweiten Ventilausgang 26 befördert.
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Vorzugsweise wird das Kühlmittel 10 stets durch den ersten Ventilausgang 25 geleitet, um eine Kühlung des Turboladers 4 zu ermöglichen. Die Leitung des Kühlmittels 10 durch den zweiten Ventilausgang 26 erfolgt dann vorzugsweise, falls das Motoröl 8 gekühlt werden soll und zu diesem Zweck der ersten Wärmetauschereinheit 19 kaltes Kühlmittel 10, welches nicht durch den Turbolader 4 gelaufen ist und somit nicht vom Turbolader 4 erwärmt wurde, und die erste Wärmetauschereinheit 19 geleitet wird. In diesem Fall ist das Ablaufventil 21 derart eingestellt, dass der erste Ventilausgang 22 geschlossen ist und lediglich der zweite Ventilausgang 23 geöffnet ist, so dass kein warmes Kühlmittel über die Ölvorwärmeleitung 18 zur ersten Wärmetauschereinheit 19 gelangt.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung 2, welche analog zu dem Ausführungsbeispiel von 2 ausgebildet ist. Allerdings weist das Ausführungsbeispiel eine zweite Wärmetauschereinheit 28 auf, welche zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, in dem Getriebeölbehälter 7 angeordnet ist. In dem Getriebeölbehälter 7 ist das Getriebeöl 9 vorhanden. Das Getriebeöl 9 und die zweite Wärmetauschereinheit 28 sind derart in dem Getriebeölbehälter angeordnet, dass ein Wärmeenergieaustausch von dem durch die zweite Wärmetauschereinheit 28 geführten Kühlmittel 10 zum Getriebeöl 9 möglich ist.
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Die zweite Wärmetauschereinheit 28 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel ebenso wie die erste Wärmetauschereinheit 19 mit der Ölvorwärmeleitung 18 verbunden. Gemäß dem Ausführungsbeispiel kann über das Kühlmittel 10 sowohl das Motoröl 8 als auch das Getriebeöl 9 mit der Wärmeenergie des Turboladers 4 erwärmt bzw. vorgeheizt werden.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel weist die Kühlvorrichtung 2 ein Steuerventil 29 auf, durch welches die Ölvorwärmeleitung 18 mit der zweiten Wärmetauschereinheit 28 verbunden ist. Durch das Steuerventil 29 kann eine Durchflussmenge des Kühlmittels 10, welche zur zweiten Wärmetauschereinheit 28 geführt wird, gesteuert bzw. geregelt werden.
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Die Kühlvorrichtung 2 kann auch nur die zweite Wärmetauschereinheit 28 aufweisen und somit nicht die erste Wärmetauschereinheit 19. Die erste Wärmetauschereinheit 19 kann gleich oder unterschiedlich zu der zweiten Wärmetauschereinheit 28 ausgebildet sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Kühlmittel 10 zumindest teilweise durch den Turbolader 4 geleitet und dort erwärmt. Das erwärmte Kühlmittel 10 wird zum Motoröl und/oder zum Getriebeöl 9 geleitet, um das jeweilige Öl vorzuwärmen bzw. Wärme an das jeweilige Öl abzugeben.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass ein aktueller Öltemperaturwert 30 des Motoröls 8 und/oder des Getriebeöls 9 bestimmt wird, beispielsweise mit einem Thermostat des Kraftfahrzeugs 1, und das Ablaufventil 21 abhängig von dem Öltemperaturwert 30 geregelt wird. So kann das Ablaufventil 21 beispielsweise derart geregelt werden, dass nur noch ein geringer Teil des Kühlmittels 10 oder gar kein Kühlmittel 10 durch die Ölvorwärmeleitung 18 geführt wird, falls ein Motoröltemperaturwert oder ein Getriebeöltemperaturwert einen Grenzwert überschreitet.
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Weiterhin kann das Zulaufventil 24 beispielsweise auch abhängig von dem Öltemperaturwert 30 geregelt werden. So kann das Zulaufventil 24 beispielsweise derart eingestellt werden, dass das Kühlmittel 10 zumindest teilweise durch die Turboladerumgehungsleitung 27 geführt wird, falls die Öltemperatur größer als ein Öltemperaturgrenzwert ist und das Motoröl 8 und/oder das Getriebeöl 9 durch das vor dem Turbolader 4 abgezweigte Kühlmittel 10 gekühlt wird.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass sich in der Ölvorwärmeleitung 18 keine Dampfblasen im Kühlmittel 10 bilden. Insbesondere bei Volllast kann das Motoröl 8 und/oder das Getriebeöl 9 eine höhere Temperatur erreichen als das Kühlmittel 10 in der Ölvorwärmeleitung 18 und es kann von einer Wärmeübertragung vom Motoröl 8 und/oder dem Getriebeöl 9 auf das Kühlmittel 10 kommen. Um dem entgegenzuwirken, wird die Kühlvorrichtung 2 vorzugsweise mit einem Überdruck von bis zu 2 bar betrieben. Dadurch wird die Kavitation im Motorblock des Verbrennungsblocks 3 vermieden und die Siedetemperatur des Kühlmittels 10 ist dann beispielsweise erst bei 130°C und nicht bei 100°C. Die Kühlvorrichtung 2 kann aber auch mit einem Überdruck von mehr als 2 bar betrieben werden.
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Vorzugsweise sind folgende weitere Vorgehensweisen gegen die Dampfblasenbildung in der Ölvorwärmeleitung 18 vorgesehen. Ein Überdruck in der Ölvorwärmeleitung 18 wird beispielsweise über ein Überdruckventil in einem nicht weiter dargestellten Ausgleichsbehälter abgeführt. Und/oder die Ölvorwärmeleitung 18 gibt beispielsweise über Wärmestrahlung Energie in die Umgebung ab, wodurch die Temperatur des Kühlmittels 10 in der Ölvorwärmeleitung 18 unterhalb der Siedetemperatur bleibt.
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Möglich ist aber auch, dass die Kühlvorrichtung 2 über einen separaten und nicht dargestellten Ölkühler verfügt, welcher verhindert, dass die Öltemperatur des Motoröls 8 und/oder des Getriebeöls 9 über die Siedetemperatur des Kühlmittels 10 steigt.
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Ergänzend oder alternativ ist es auch möglich, dass ein kleiner Massenstrom des Kühlmittels 10 als sog. Kriechstrom durch die Ölvorwärmeleitung 18 fließt und dadurch ein Überhitzen der Ölvorwärmeleitung 18 verhindert wird.
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Möglich ist auch, dass die erste Wärmetauschereinheit 19 und/oder die zweite Wärmetauschereinheit 28 zur Kühlung des Motoröls 8 und/oder des Getriebeöls 9 genutzt werden.
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Durch die Vorwärmung des Motoröls 8 und/oder des Getriebeöls 9 mittels des durch die Ölvorwärmeleitung 18 geleiteten Kühlmittels 10 kann ein CO2-Ausstoß des Kraftfahrzeugs 1 reduziert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Kühlvorrichtung
- 3
- Verbrennungsmotor
- 4
- Turbolader
- 5
- Fahrzeuggetriebe
- 6
- Motorölbehälter
- 7
- Getriebeölbehälter
- 8
- Motoröl
- 9
- Getriebeöl
- 10
- Kühlmittel
- 11
- Kühler
- 12
- Kennfeldregelungsventil
- 13
- Kühlmittelpumpe
- 14
- kleiner Kühlkreis
- 15
- großer Kühlkreis
- 16
- Kühlmittelzuleitung
- 17
- Kühlmittelableitung
- 18
- Ölvorwärmeleitung
- 19
- erste Wärmetauschereinheit
- 20
- Motorkühlleitung
- 21
- Ablaufventil
- 22
- erster Ventilausgang des Ablaufventils
- 23
- zweiter Ventilausgang des Ablaufventils
- 24
- Zulaufventil
- 25
- erster Ventilausgang des Zulaufventils
- 26
- zweiter Ventilausgang des Zulaufventils
- 27
- Turboladerumgehungsleitung
- 28
- zweite Wärmetauschereinheit
- 29
- Steuerventil
- 30
- Öltemperaturwert
