DE102017223127B3 - Heat transfer circuit with a cooling jacket for cooling a heat source of a drive motor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Wärmeträgerkreislauf (1) zur Kühlung einer Wärmequelle (4), aufweisend einen Kühlmantel (6) mit einer inneren Mantelwand (12), welche mit der Wärmequelle in thermischem Kontakt steht, und mit einer äußeren Mantelwand (10), die gemeinsam mit der inneren Mantelwand einen Mantelraum (8) abgrenzt, wenigstens eine Wärmeträgerdüse (14), die an der äußeren Mantelwand angeordnet ist, und die dazu eingerichtet ist, Wärmeträger in den Mantelraum einzuspritzen, wenigstens einen Wärmeträgerauslass (24), der an der äußeren Mantelwand angeordnet ist, und der zur Abführung von Wärmeträger eingerichtet ist, sowie einen Antriebsmotor und ein Verfahren zur Kühlung einer Wärmequelle.The invention relates to a heat transfer circuit (1) for cooling a heat source (4), comprising a cooling jacket (6) with an inner jacket wall (12) which is in thermal contact with the heat source, and with an outer jacket wall (10), which together with the inner jacket wall delimits a jacket space (8), at least one heat transfer nozzle (14) which is arranged on the outer jacket wall and which is set up to inject heat transfer medium into the jacket space, at least one heat transfer outlet (24) arranged on the outer jacket wall is, and which is adapted for the discharge of heat transfer, and a drive motor and a method for cooling a heat source.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeträgerkreislauf mit einem Kühlmantel zur Kühlung einer Wärmequelle, insbesondere eines Antriebsmotors eines Kraftfahrzeugs, sowie einen Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs mit einem solchen Wärmeträgerkreislauf und ein Verfahren zur Kühlung einer Wärmequelle, insbesondere eines Antriebsmotors eines Kraftfahrzeugs.The invention relates to a heat carrier circuit with a cooling jacket for cooling a heat source, in particular a drive motor of a motor vehicle, and a drive motor of a motor vehicle with such a heat transfer circuit and a method for cooling a heat source, in particular a drive motor of a motor vehicle.

Die Erfindung wird nachfolgend im Kontext eines zu kühlenden Hubkolbenmotors eines Kraftfahrzeugs beschrieben, einer klassischen Anwendung eines Wärmeträgerkreislaufs mit einem Kühlmantel. Die Erfindung ist aber auch in anderen Anwendungen nutzbar, bei welchen eine Kühlung mittels eines Kühlmantels sinnvoll erscheint. Insbesondere kann die Erfindung auch zur Kühlung einer als Antriebsmotor in einem Kraftfahrzeug verwendeten elektrischen Maschine verwendet werden.The invention will be described below in the context of a reciprocating engine of a motor vehicle to be cooled, a classic application of a heat carrier circuit with a cooling jacket. However, the invention can also be used in other applications in which cooling by means of a cooling jacket seems to make sense. In particular, the invention can also be used for cooling an electric machine used as a drive motor in a motor vehicle.

Mehrzylindrige Hubkolbenmotoren in Kraftfahrzeugen weisen häufig ein Kolbengehäuse mit einem Kühlmantel auf, bei welchem um die Zylinder-Außenwände herum mit einem gewissen Abstand eine weitere Wand - die äußere Mantelwand - angeordnet ist. Mittels der Zylinder-Außenwände, die als innere Mantelwand ausgebildet sind, und der äußeren Mantelwand ist ein Mantelraum abgegrenzt, welcher der Abfuhr der bei der Verbrennung zwischen Hubkolben und Zylinderwand entstehenden Wärme dient.Multi-cylinder reciprocating engines in motor vehicles often have a piston housing with a cooling jacket, in which around the cylinder outer walls around a certain distance another wall - the outer shell wall - is arranged. By means of the cylinder outer walls, which are formed as an inner jacket wall, and the outer jacket wall, a jacket space is delimited, which serves to dissipate the heat generated during combustion between the piston and the cylinder wall.

Zur Wärmeabfuhr ist der Mantelraum bei bekannten Kühlkreisläufen für die genannten Motoren mit einem geeigneten Wärmeträger durchströmt, welcher in der flüssigen Phase vorliegt, um eine möglichst gute Konvektion zu ermöglichen. Der Kühlmantel solcher Kühlkreisläufe weist in der Regel - je nach Motorkonzept - einen oder mehrere Zuläufe und einen oder mehrere Abläufe auf; letzteres damit der erwärmte Wärmeträger aus dem Mantelraum abgeführt werden kann. Der Kühlkreislauf ist zwischen den Abläufen und den Zuläufen zumindest mit einer Wärmeträger-Pumpe und einem Flüssig-Flüssig- oder einem Flüssig-Luft-Wärmetauscher ausgetauscht, sodass dem Mantelraum jederzeit ausreichend kühle Kühlflüssigkeit zugeführt werden kann.For heat dissipation, the jacket space in known cooling circuits for the mentioned motors flows through a suitable heat transfer medium, which is present in the liquid phase in order to allow the best possible convection. The cooling jacket of such cooling circuits usually has - depending on the engine concept - one or more feeds and one or more processes; the latter so that the heated heat carrier can be removed from the shell space. The cooling circuit is exchanged between the processes and the inlets at least with a heat transfer pump and a liquid-liquid or a liquid-air heat exchanger, so that the jacket space at any time sufficiently cool cooling liquid can be supplied.

Die oben beschriebenen Kühlkreisläufe weisen unter anderem den Nachteil auf, dass eine verhältnismäßig große Masse an Wärmeträger erforderlich ist, um einen Massenstrom im Kühlmantel sicherstellen zu können, der ausreicht, um die Betriebswärme des Hubkolbenmotors abzuführen. Häufig wird bei solchen Wärmeträgerkreisläufen auch die Wärmeträgertemperatur nicht den thermischen Gegebenheiten der zu kühlenden Wärmekraftmaschine angepasst, sondern ergibt sich eher zufällig, wodurch wiederum eine größere Wärmeträgermasse im Kühlkreislauf benötigt wird. Normalerweise erfolgt zumindest eine Anpassung der mittels des Kühlkreislaufs einzuhaltenden, oberen Grenztemperatur an den Betrieb in Heißländern, sodass der Kühlkreislauf und insbesondere die Wärmeträgermasse für die meisten Betriebszustände in anderen Ländern überdimensioniert ist.The cooling circuits described above have, inter alia, the disadvantage that a relatively large mass of heat transfer medium is required in order to ensure a mass flow in the cooling jacket, which is sufficient to dissipate the operating heat of the reciprocating engine. Frequently, in such heat transfer circuits and the heat transfer temperature is not adapted to the thermal conditions of the heat engine to be cooled, but rather results randomly, which in turn requires a larger heat carrier mass in the cooling circuit. Normally, at least one adaptation of the upper limit temperature to be maintained by means of the cooling circuit to operation in hot countries takes place, so that the cooling circuit and in particular the heat carrier mass is oversized for most operating states in other countries.

Darüber hinaus ist eine Kühlung des Hubkolbenmotors in dessen Anlaufphase kontraproduktiv für die Güte der nachbehandelten Abgase: der Warmlauf des Motors dauert bei aktiver Kühlung unnötig lange, was Nachteile bei der SchadstoffEmission und bei der Reibung bedingt, beispielsweise durch Partikelbildung an kalten Wänden oder durch späteres Erreichen der erforderlichen Betriebstemperatur eines Katalysators (Light-Off-Temperatur).In addition, a cooling of the reciprocating engine in its start-up phase is counterproductive for the quality of the aftertreated exhaust gases: the warm-up of the engine takes active cooling unnecessarily long, causing disadvantages in pollutant emission and friction, for example, by particle formation on cold walls or by later achievement the required operating temperature of a catalyst (light-off temperature).

Mit dem Problem der Abgasqualität setzt sich im Kontext der Konvektionskühlung bereits das Patentdokument DE 28 47 057 A1 auseinander. Dort ist beispielhaft eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Kühlsystem beschrieben, das auf Basis einer Ölspritzkühlung arbeitet. Die Kühlleistung wird beim Teillastbetrieb des Motors durch Abschaltung eines Teils der Ölspritzkühlung verringert. Damit soll der Wärmeinhalt im Brennraum erhöht, der spezifische Kraftstoffverbrauch verringert sowie die Warmlaufperiode des Motors nach dem Start, insbesondere dem Kaltstart, verkürzt werden.With the problem of exhaust quality is already in the context of convection cooling the patent document DE 28 47 057 A1 apart. There, by way of example, an internal combustion engine with a cooling system is described that operates on the basis of an oil spray cooling. The cooling capacity is reduced during partial load operation of the engine by switching off part of the oil spray cooling. This is intended to increase the heat content in the combustion chamber, reduce the specific fuel consumption and shorten the warm-up period of the engine after the start, in particular the cold start.

Nicht zuletzt erfordern derart dimensionierte Kühlkreisläufe jedoch hochvolumige Flüssigkeitskühler, die im beengten Bauraum unter der Motorhaube nur schwer unterzubringen sind.Last but not least, such sized cooling circuits require high volume liquid coolers, which are difficult to accommodate in a confined space under the hood.

Aus der DE 3410261 A1 ist eine Verdampfungskühlvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem Kühlmantel bekannt, die einen Vorratsbehälter zur Aufnahme des flüssigen Kühlmittels, einem Kondensator zur Rückkühlung des innerhalb des Kühlmantels verdampften Kühlmittels und eine Kühlmittelpumpe zur Förderung des flüssigen Kühlmittels innerhalb des Kühlkreislaufes umfasst, wobei das im Kondensator rückgekühlte Kühlmittel in den Vorratsbehälter zurückgefördert wird, wobei Mittel vorgesehen sind, durch die das Kühlmittel bedarfsweise in den Kühlmantel einsprüh- bzw. einspritzbar ist.From the DE 3410261 A1 an evaporative cooling device for internal combustion engines with a cooling jacket is known, comprising a reservoir for receiving the liquid coolant, a condenser for re-cooling the coolant evaporated inside the cooling jacket and a coolant pump for conveying the liquid coolant within the cooling circuit, wherein the recooled in the condenser coolant in the Reservoir is fed back, wherein means are provided, by which the coolant is sprayed into the cooling jacket, if necessary, or can be injected.

Aus der DE 10 2004 017 909 A1 ist eine Vorrichtung zur Kühlung von zumindest einem Kolben einer Brennkraftmaschine mittels einer Schmierölpumpe, die Öl aus dem Schmierölkreislauf dem mindestens einen Kolben über eine, eine Austrittsöffnung aufweisende Zuführleitung zumindest bodenseitig zuführt, wobei die Ölzufuhr über zumindest ein Ventil erfolgt, wobei das zumindest eine Ventil ein Rückschlagventil ist, welches eine Zuführung von Öl erst ab einem definierten Druck im Schmierölkreislauf zulässt und eine Steuereinheit vorhanden ist, die gewährleistet, dass die Schmierölpumpe zur Bereitstellung eines variablen Druckes im Schmierölkreislauf bei unterschiedlichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine lastabhängig geregelt wird, oder das zumindest eine Ventil ein steuerbares Magnetventil ist und eine Steuereinheit vorhanden ist, die gewährleistet, dass die Ansteuerung des Magnetventils in Anhängigkeit von der Last der Brennkraftmaschine erfolgt.From the DE 10 2004 017 909 A1 is a device for cooling of at least one piston of an internal combustion engine by means of a lubricating oil pump, the oil from the lubricating oil circuit at least at the bottom at least one piston via a, having an outlet opening feed line, wherein the oil is supplied via at least one valve, wherein the at least one valve Check valve is what a supply of oil only from a defined pressure in the lubricating oil circuit permits and a control unit is provided, which ensures that the lubricating oil pump is controlled to provide a variable pressure in the lubricating oil circuit at different operating conditions of the internal combustion engine load-dependent, or at least one valve is a controllable solenoid valve and a control unit is provided, which ensures that the control the solenoid valve is carried out in dependence on the load of the internal combustion engine.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Wärmeträgerkreislauf mit einem Kühlmantel, insbesondere zur Kühlung eines Antriebsmotors, zu verbessern.Against this background, it is an object of the invention to improve a heat carrier circuit with a cooling jacket, in particular for cooling a drive motor.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Wärmeträgerkreislauf mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Kühlung einer Wärmequelle gemäß den Merkmalen von Anspruch 8. Ein Antriebsmotor mit einem solchen Wärmeträgerkreislauf ist Gegenstand von Anspruch 7. Bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a heat carrier circuit with the features of claim 1 and by a method for cooling a heat source according to the features of claim 8. A drive motor with such a heat transfer circuit is the subject of claim 7. Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Wärmeträgerkreislauf zur Kühlung einer Wärmequelle, insbesondere eines Antriebsmotors eines Kraftfahrzeugs wie beispielsweise einer Hubkolbenmaschine oder einer elektrischen Maschine bereitgestellt. Der Wärmeträgerkreislauf weist auf: a) einen Kühlmantel mit einer inneren Mantelwand, welche insbesondere mit der Wärmequelle in thermischem Kontakt steht, und welche gemäß einer Ausführung um die Wärmequelle herum angeordnet sein kann, und von welcher insbesondere Wärme mittels des Wärmeträgers abtransportierbar ist, mit einer äußeren Mantelwand, die gemeinsam mit der inneren Mantelwand einen Mantelraum abgrenzt, b) wenigstens zwei Wärmeträgerdüsen, die an der äußeren Mantelwand angeordnet sind, und die dazu eingerichtet sind, Wärmeträger in den Mantelraum einzuspritzen, c) vorzugsweise wenigstens einen Wärmeträgerauslass, der an der äußeren Mantelwand angeordnet ist, und der zur Abführung des Wärmeträgers eingerichtet ist.According to one aspect of the invention, a heat carrier circuit for cooling a heat source, in particular a drive motor of a motor vehicle such as a reciprocating engine or an electric machine is provided. The heat carrier circuit comprises: a) a cooling jacket having an inner jacket wall, which is in thermal contact with the heat source in particular, and which can be arranged around the heat source according to an embodiment, and from which in particular heat can be removed by means of the heat carrier, with a b) at least two heat transfer nozzles, which are arranged on the outer jacket wall, and which are adapted to inject heat carrier into the shell space, c) preferably at least one heat carrier outlet, which at the outer Jacket wall is arranged, and which is adapted to discharge the heat carrier.

Entlang einer Wärmeträgerleitung zwischen dem Wärmeträgerauslass und der Wärmeträgerdüse ist d) ein Kondensator angeordnet, der dazu eingerichtet ist, insbesondere in der Mantelwand, verdampften Wärmeträger zu kondensieren.Along a heat carrier line between the heat carrier outlet and the heat transfer nozzle d) a capacitor is arranged, which is adapted to condense, especially in the jacket wall, evaporated heat transfer medium.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Antriebsmotor mit wenigstens einem Hubkolben und mit einem Wärmeträgerkreislauf gemäß einer Ausführung der Erfindung bereitgestellt. Die innere Mantelwand ist gemeinsam mit wenigstens einem Zylinder zur Aufnahme eines Hubkolbens ausgebildet.According to a further aspect of the invention, a drive motor is provided with at least one reciprocating piston and with a heat carrier circuit according to an embodiment of the invention. The inner jacket wall is formed together with at least one cylinder for receiving a reciprocating piston.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Kühlung einer Wärmequelle, insbesondere eines Antriebsmotors wie beispielsweise einer Hubkolbenmaschine oder einer elektrischen Maschine, mittels eines Wärmeträgerkreislaufs gemäß einer Ausführung der Erfindung bereitgestellt. Das Verfahren weist zumindest folgende Schritte auf: a) Ermittlung einer aktuellen Temperatur an wenigstens einer Stelle, insbesondere einer Kühlstelle, der inneren Mantelwand, insbesondere mittels einer Temperaturermittlung, die insbesondere mit einem Temperatursensor und/oder mit einem Temperaturmodell ausgebildet sein kann, b) Vergleich der ermittelten Temperatur mit einem vorbestimmten Schwellenwert, insbesondere einer Siedetemperatur des Wärmeträgers, c) vorzugsweise Freigabe einer Einspritzung von Wärmeträger in den Mantelraum bei Überschreiten des Schwellenwerts, d) Anpassen eines Volumenstroms in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur.According to a further aspect of the invention, a method is provided for cooling a heat source, in particular a drive motor such as a reciprocating piston engine or an electric machine, by means of a heat carrier circuit according to an embodiment of the invention. The method has at least the following steps: a) determination of a current temperature at at least one point, in particular a cooling point, of the inner jacket wall, in particular by means of a temperature determination, which can be designed in particular with a temperature sensor and / or with a temperature model, b) comparison the determined temperature with a predetermined threshold value, in particular a boiling temperature of the heat carrier, c) preferably releasing an injection of heat transfer medium into the jacket space when the threshold value is exceeded, d) adjusting a volume flow as a function of the determined temperature.

Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zu Grunde, dass die Konvektionskühlung in herkömmlichen Kühlmänteln nicht in jedem Betriebszustand des Fahrzeugmotors vorteilhaft ist, sondern im Gegenteil vor allem bei einem Kaltstart des Motors einer schnellen Verbesserung der Abgasqualität entgegenstehen kann.Among other things, the invention is based on the finding that convection cooling in conventional cooling jackets is not advantageous in every operating state of the vehicle engine, but, on the contrary, can prevent a rapid improvement of the exhaust gas quality, above all during a cold start of the engine.

Die Erfindung basiert nun unter anderem auf der Idee, dass Konvektion weder die einzige zur Verfügung stehende Methode einer Wärmeabfuhr von einer Wärmequelle ist, noch in jedem Betriebszustand die effizienteste Methode.The invention is based inter alia on the idea that convection is neither the only available method of heat removal from a heat source, nor in any operating state, the most efficient method.

Dadurch, dass in der Wärmeträgerleitung jenseits des Wärmeträgermantels ein Kondensator angeordnet ist, der dazu eingerichtet ist, verdampften Wärmeträger zu kondensieren, können die Betriebstemperatur der zu kühlenden Oberfläche der Wärmequelle einerseits und der verwendete Wärmeträger andererseits derart aufeinander abgestimmt werden, dass der Wärmeträger nach dem Einspritzen mittels der Wärmeträgerdüse(n) beim Auftreffen auf die zu kühlende, innere Mantelwand verdampft, also vom flüssigen in einen dampfförmige Zustand übergeht. Anstelle eines vom Fahrtwind angeströmten konventionellen Kühlers wird ein bezüglich des benötigten Bauraums günstigerer Kondensator verwendet. Der Kondensator ist vorzugsweise konstruktiv ähnlich zu einem konvektiven Wärmetauscher aufgebaut. Wegen der sehr effektiven Wärmeabgabe während des Phasenwechsels von gasförmig zu flüssig kann er vorteilhaft kleiner als ein konvektiv arbeitender Kühler ausgeführt werden. Vor dem Kondensator muss ein Verdichter den Druck des wärmetragenden Fluids vergrößern und dadurch dessen Siedepunkt anheben, um dessen Kondensation zu ermöglichen.Characterized in that in the heat carrier line beyond the heat transfer jacket, a condenser is arranged, which is adapted to condense vaporized heat carrier, the operating temperature of the surface to be cooled of the heat source on the one hand and the heat transfer medium used on the other hand be coordinated so that the heat carrier after injection evaporated by the heat transfer nozzle (s) when hitting the inner jacket wall to be cooled, that is, from the liquid to a vaporous state. Instead of a conventional cooler which has been streamed in by the wind, a condenser which is more favorable in terms of the required installation space is used. The condenser is preferably constructed structurally similar to a convective heat exchanger. Because of the very effective heat transfer during the phase change from gaseous to liquid, it can advantageously be made smaller than a convective cooling cooler. Before the condenser, a compressor must increase the pressure of the heat-carrying fluid and thereby raise its boiling point to allow its condensation.

Die zum Verdampfen nötige Energie entspricht zumindest im Wesentlichen der abgeführten Wärmeenergie. The energy required for evaporation at least substantially corresponds to the heat energy dissipated.

Darüber hinaus kann bei einem derartigen Wärmeträgerkreislauf sichergestellt werden, dass verhältnismäßig schnell nach einem Abschalten der Spritzleistung der Wärmeträgerdüse(n) - und ohnehin vor einem Anschalten - innerhalb des Mantelraums im wesentlichen unbewegte Luft vorliegt, welche nicht geeignet ist, der inneren Mantelwand eine große Wärmemenge zu entziehen, sondern eher als thermischer Isolator wirkt, zumindest verglichen mit einer Flüssigkeitskonvektion. Darüber kann sichergestellt werden, dass der Antriebsmotor beispielsweise beim Kaltstart möglichst schnell ein Temperaturniveau erreicht, das einen effizienten Katalysatorbetrieb ermöglicht. Bei Fahrtunterbrechungen oder temporärem Stilllegen eines Motors innerhalb eines verbrennungselektrischen Hybridantriebs, kann die ideale Betriebstemperatur des Antriebs vorteilhaft länger erhalten werden.In addition, it can be ensured in such a heat transfer circuit that relatively quickly after switching off the spray performance of the heat transfer (s) - and anyway before switching - within the mantle space substantially stationary air is present, which is not suitable, the inner shell wall, a large amount of heat but rather acts as a thermal insulator, at least compared to a liquid convection. In addition, it can be ensured that the drive motor, for example during cold start, reaches a temperature level as fast as possible, which enables efficient catalyst operation. When driving breaks or temporary shutdown of a motor within a hybrid electric hybrid drive, the ideal operating temperature of the drive can be advantageously obtained longer.

Bei einer geeigneten Ausführung des Wärmeträgerkreislaufs kann dieser Effekt sogar mittels des Wärmeträger-Verdichters verstärkt werden, indem durch deren Pumpleistung der Mantelraum zumindest teilweise evakuiert wird, was den Wärmeentzug von der inneren Mantelwand weiter verringert.In a suitable embodiment of the heat carrier circuit, this effect can even be amplified by means of the heat transfer compressor by the pump space of the jacket space is at least partially evacuated, which further reduces the heat extraction from the inner shell wall.

Um einen solchen Wärmeträgerkreislauf insbesondere auf die typischen Betriebstemperaturen der zu kühlenden Oberflächen von Verbrennungsmotoren und/oder Elektromotoren abstimmen zu können, ist gemäß einer Ausführung ein, insbesondere der, Hauptbestandteil des Wärmeträgers Wasser oder eine Wasser-Glykol-Mischung. Je nach Art des Motors sind verschiedene Wärmeträger geeignet, beispielsweise Wasser, Alkohole oder aus der Klimatisierungstechnik bekannte KältemittelIn order to be able to coordinate such a heat carrier cycle in particular to the typical operating temperatures of the surfaces to be cooled of internal combustion engines and / or electric motors, according to one embodiment, water, or a water-glycol mixture, is the main constituent of the heat carrier. Depending on the type of engine, various heat carriers are suitable, for example water, alcohols or refrigerants known from the field of air-conditioning technology

Bei den Betriebstemperaturen von Verbrennungsmotoren im Bereich mehrerer 100°C erfolgt mit einem solchen Wärmeträger problemlos ein Verdampfen an der inneren Mantelwand, wenn der Wärmeträger flüssig darauf auftrifft. Bei den Betriebstemperaturen von Elektromotoren unterhalb von 100°C kann die Verwendung beispielsweise eines Alkohols eine ausreichende Herabsetzung der Verdampfungstemperatur bewirken, um ein Verdampfen sicherzustellen.At the operating temperatures of internal combustion engines in the range of several 100 ° C is carried out with such a heat transfer easily evaporation on the inner shell wall when the heat transfer fluid impinges on it. At the operating temperatures of electric motors below 100 ° C, the use of, for example, an alcohol may cause a sufficient lowering of the evaporation temperature to ensure evaporation.

Damit der Betrieb des Kühlkreislaufs an unterschiedliche Betriebszustände der zu kühlenden Wärmequelle, insbesondere des Antriebsmotors, angepasst werden kann (beispielsweise an einen Kaltstart), weist der Wärmeträgerkreislauf ein Steuermittel auf, welches dazu eingerichtet ist, einen Volumenstrom des Wärmeträgers durch die Wärmeträgerdüse, insbesondere mittels eines angesteuerten Ventils, anzupassen. Damit kann sichergestellt werden, dass beispielsweise bei einem Kaltstart die innere Mantelwand nicht mit Wärmeträger angesprüht wird, während nach der Aufwärmphase des Motors Wärmeträger durch die Wärmeträgerdüse in den Mantelraum ein- und auf die innere Mantelwand aufgebracht wird, um den Motor zu kühlen.Thus, the operation of the cooling circuit to different operating conditions of the heat source to be cooled, in particular the drive motor, can be adjusted (for example, to a cold start), the heat carrier circuit to a control means which is adapted to a volume flow of the heat carrier through the heat transfer, in particular by means of a controlled valve, adapt. This can ensure that, for example, during a cold start, the inner shell wall is not sprayed with heat transfer, while after the warm-up phase of the engine heat transfer through the heat transfer in the shell space and applied to the inner shell wall to cool the engine.

Der Wärmeträgerkreislauf weist eine Temperaturermittlung zum Ermitteln einer aktuellen Temperatur der inneren Mantelwand auf, wobei das Steuermittel dazu eingerichtet ist, den Volumenstrom des Wärmeträgers in Abhängigkeit von der aktuellen und/oder einer zukünftig zu erwartenden Temperatur anzupassen. Dadurch kann ein benötigter Volumenstrom des Wärmeträgers an die im einzelnen Betriebsfall erforderliche Kühlleistung, beispielsweise in mehreren Stufen oder kontinuierlich abgestuft, angepasst werden.The heat carrier circuit has a temperature determination for determining a current temperature of the inner jacket wall, wherein the control means is adapted to adjust the volume flow of the heat carrier as a function of the current and / or future expected temperature. As a result, a required volumetric flow of the heat carrier can be adapted to the cooling power required in the individual operating case, for example, in several stages or continuously graduated.

Vorzugsweise ist das Steuermittel dazu eingerichtet, den Volumenstrom des Wärmeträgers zu erhöhen, wenn die aktuelle Temperatur höher ist als ein vorbestimmter Schwellenwert. Der vorbestimmter Schwellenwert kann beispielsweise eine Siedetemperatur des Wärmeträgers sein; in diesem Fall kann sichergestellt werden, dass die Kühlung mit optimalem Wärmeabtransport eingesetzt werden kann, sobald eine ausreichende Temperatur für eine Verdampfung des Wärmeträgers an der inneren Mantelwand gewährleistet ist.Preferably, the control means is adapted to increase the volume flow of the heat carrier, when the current temperature is higher than a predetermined threshold value. The predetermined threshold may be, for example, a boiling temperature of the heat carrier; In this case it can be ensured that the cooling can be used with optimal heat dissipation, as soon as a sufficient temperature for evaporation of the heat carrier is ensured on the inner shell wall.

Um den Wärmeträgerkreislauf individuell auf diejenigen Stellen der inneren Mantelwand ausrichten zu können, die relativ gesehen die höchste Kühlleistung benötigen, ist gemäß einer Ausführung eine Hauptsprühachse der Wärmeträgerdüse auf eine vorbestimmte, insbesondere relativ zur restlichen inneren Mantelwand, heiße Kühlstelle der inneren Mantelwand ausgerichtet.In order to align the heat transfer circuit individually to those points of the inner shell wall, which relatively speaking require the highest cooling performance, according to one embodiment, a main spray of the heat transfer to a predetermined, especially relative to the remaining inner shell wall, hot cooling of the inner shell wall.

Um beispielsweise auch einen Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern angemessen kühlen zu können, ist an zwei oder mehr Stellen der äußeren Mantelwand jeweils eine Wärmeträgerdüse angeordnet. Vorzugsweise ist an einer Mehrzahl von Stellen der äußeren Mantelwand jeweils eine Wärmeträgerdüse angeordnet, wobei insbesondere auch mehrere Wärmeträgerdüsen auf eine Teil-Wärmequelle, wie beispielsweise einen Zylinder eines Hubkolbenmotors, gerichtet sein können, vorzugsweise auf verschiedene Stellen des zugeordneten Teils der inneren Schachtwand.In order to be able to adequately cool, for example, an internal combustion engine having a plurality of cylinders, a heat carrier nozzle is arranged in each case at two or more points of the outer jacket wall. Preferably, in each case a heat transfer nozzle is arranged at a plurality of locations of the outer jacket wall, wherein in particular a plurality of heat transfer nozzles can be directed to a partial heat source, such as a cylinder of a reciprocating engine, preferably to different locations of the associated part of the inner shaft wall.

Um auch mit mehreren gekühlten Stellen einen temperaturabhängigen Betrieb zu ermöglichen, ist die Temperaturermittlung dazu eingerichtet, an zwei oder mehr Stellen der inneren Mantelwand jeweils eine aktuelle Temperatur zu ermitteln.In order to enable a temperature-dependent operation with several cooled points, the temperature determination is set up to determine a current temperature at two or more points of the inner jacket wall.

Damit der verdampfte Wärmeträger im Wärmeträgerkreislauf keinen zu hohen Druck erzeugt, weist der Wärmeträgerkreislauf gemäß einer Ausführung einen Ausgleichsbehälter zur Aufnahme von verdampftem Wärmeträger auf, der im Wärmeträgerfluss insbesondere zwischen der/den Drosselstelle(n) an der/den Kühlmitteldüse(n) und dem Wärmeträger-Verdichter angeordnet ist. So that the vaporized heat transfer medium in the heat transfer circuit does not generate too high a pressure, the heat transfer circuit according to one embodiment to a surge tank for receiving vaporized heat transfer in particular in the heat transfer between the / the throttle point (s) on the / the coolant nozzle (s) and the heat transfer medium Compressor is arranged.

Gemäß einer Ausführung weist der Wärmeträgerkreislauf einen Wärmeträger-Verdichter auf, der im Wärmeträgerfluss vorzugsweise vor dem Kondensator, insbesondere dessen Flüssigkeitsbehälter, und nach der/den Wärmeträgerdüse(n) angeordnet ist. Damit kann sichergestellt werden, dass zum einen die Kondensation des Wärmeträgers ermöglicht wird und zum anderen die Wärmeträgerdüsen mit ausreichend Wärmeträger unter einem ausreichenden Druck versorgt werden, um die im jeweiligen Betriebszustand benötigte Wärmeträgerleistung zu erbringen.According to one embodiment, the heat carrier circuit to a heat transfer compressor, which is preferably arranged in the heat transfer before the condenser, in particular its liquid container, and after the / the heat transfer (s). This can be ensured that, on the one hand, the condensation of the heat carrier is made possible and, on the other hand, the heat transfer nozzles are supplied with sufficient heat transfer under sufficient pressure to provide the required in each operating state heat transfer performance.

Der Volumenstrom des Wärmeträgers wird, insbesondere durch die Wärmeträgerdüsen, mittels eines Ventils und/oder mittels eines Wärmeträger-Verdichters angepasst, die im Fluidstrom vor der Wärmeträgerdüse angeordnet sind.The volume flow of the heat carrier is adjusted, in particular by the heat transfer nozzles, by means of a valve and / or by means of a heat transfer compressor, which are arranged in the fluid flow in front of the heat transfer nozzle.

Bei einem Wärmeträgerkreislauf mit mehreren, voneinander beabstandeten Wärmeträgerdüsen ist gemäß einer Ausführung jede Wärmeträgerdüse auf eine andere vorbestimmte Kühlstelle der inneren Mantelwand ausgerichtet, wobei zu jeder der vorbestimmten Kühlstellen die aktuelle Temperatur ermittelt werden kann.In a heat transfer circuit having a plurality of spaced-apart heat transfer nozzles according to an embodiment, each heat transfer nozzle is aligned with another predetermined cooling point of the inner jacket wall, wherein the current temperature can be determined for each of the predetermined cooling points.

Vorzugsweise wird der Volumenstrom des Wärmeträgers derart auf die einzelnen Wärmeträgerdüsen aufgeteilt, dass eine heißere vorbestimmte Kühlstelle stärker gekühlt wird als eine kältere vorbestimmte Kühlstelle. Insbesondere kann die heißere Auslassseite eines Verbrennungsmotors stärker gekühlt werden als die kühlere Einlassseite.Preferably, the volume flow of the heat carrier is distributed to the individual heat transfer nozzles such that a hotter predetermined cooling point is cooled more than a colder predetermined cooling point. In particular, the hotter exhaust side of an internal combustion engine may be cooled more than the cooler intake side.

Um die Kühlwirkung anwendungsspezifisch zu optimieren, wird gemäß einer Ausführung mittels einer Druckregeleinheit am Wärmeträger-Verdichter und/oder mittels einer Auswahl eines geeigneten wärmetragenden Fluids die eine, insbesondere im Anwendungsfall am besten geeignete, Siedetemperatur des Wärmeträgers eingestellt.In order to optimize the cooling effect application specific, according to an embodiment by means of a pressure control unit on the heat transfer compressor and / or by means of a selection of a suitable heat-carrying fluid, the one, especially in the application most suitable, boiling temperature of the heat carrier adjusted.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen:

• 1 einen Wärmeträgerkreislauf für eine Hubkolbenmaschine gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung in einer Schemaansicht;
• 2 den Wärmeträgerkreislauf gemäß 1 entlang der dort eingezeichneten Schnittlinie B - B in einer Schemaansicht; und
• 3 den Wärmeträgerkreislauf gemäß 1 entlang der dort eingezeichneten Schnittlinie C - C in einer Schemaansicht.

Other features, advantages and applications of the invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the figures. Show it:

• 1 a heat transfer circuit for a reciprocating engine according to an exemplary embodiment of the invention in a schematic view;
• 2 the heat transfer circuit according to 1 along the section line B - B drawn there in a schematic view; and
• 3 the heat transfer circuit according to 1 along the section line C - C drawn there in a schematic view.

In 1 ist ein als Hubkolbenmaschine ausgebildeter Antriebsmotor 2 mit einem Kühlkreislauf 1 zur Kühlung mehrerer Wärmequellen 4.1, 4.2, 4.3 und 4.4 (hier die einzelnen Zylinder des Antriebsmotors 2) dargestellt. Der Antriebsmotor 2 ist in einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug verbaut.In 1 is designed as a reciprocating engine drive motor 2 with a cooling circuit 1 for cooling several heat sources 4.1 . 4.2 . 4.3 and 4.4 (here the individual cylinders of the drive motor 2 ). The drive motor 2 is installed in a motor vehicle, not shown.

Zur Kühlung der Wärmequellen 4 (also der Zylinderwände) weist der Wärmeträgerkreislauf 1 einen Kühlmantel 6 auf. Der Kühlmantel 6 weist einen Mantelraum 8 auf, welcher durch eine äußere Mantelwand 10 und wenigstens eine innere Mantelwand 12 - im Ausführungsbeispiel jeweils eine pro Wärmequelle 4 - abgegrenzt ist. Jede der inneren Mantelwände 12.1, 12.2, 12.3 und 12.4 steht jeweils mit der ihr zugeordneten Wärmequelle 4.1, 4.2, 4.3 bzw. 4.4 in thermischem Kontakt und ist jeweils um diese Wärmequelle 4 herum angeordnet. Auf diese Weise kann die jeweilige innere Mantelwand 12 die Wärme der jeweiligen Wärmequelle aufnehmen, sodass diese durch den Wärmeträgerkreislauf abgeführt werden kann.For cooling the heat sources 4 (So the cylinder walls), the heat transfer circuit 1 a cooling jacket 6 on. The cooling jacket 6 has a jacket space 8th on, which by an outer shell wall 10 and at least one inner jacket wall 12 - In the embodiment, one per heat source 4 - is demarcated. Each of the inner shell walls 12.1 . 12.2 . 12.3 and 12.4 stands in each case with its associated heat source 4.1 . 4.2 . 4.3 respectively. 4.4 in thermal contact and is each about this heat source 4 arranged around. In this way, the respective inner shell wall 12 absorb the heat of the respective heat source, so that it can be dissipated by the heat transfer circuit.

Im Ausführungsbeispiel ist der Antriebsmotor 2 als Vierzylinder-Hubkolbenmaschine ausgebildet, die eine doppelte Gehäusestruktur aufweist: eine innere Gehäusestruktur bildet die inneren Mantelwände des Kühlkreislaufs aus; eine äußere Gehäusestruktur ist so ausgebildet, dass sie mit den inneren Mantelwänden 12.1, 12.2, 12.3 und 12.4 zusammen den Mantelraum 8 ausbildet.In the embodiment, the drive motor 2 designed as a four-cylinder reciprocating engine, which has a double housing structure: an inner housing structure forms the inner jacket walls of the cooling circuit; an outer casing structure is formed to mate with the inner casing walls 12.1 . 12.2 . 12.3 and 12.4 together the mantle room 8th formed.

An der äußeren Mantelwand 10 ist eine oder eine Mehrzahl von Wärmeträgerdüsen 14 angeordnet. Jede der Wärmeträgerdüsen 14 ist wenigstens einem Zylinder des Antriebsmotors 2 - sprich wenigstens einer der Wärmequellen 4 - zugeordnet. Zu der Zuordnung kann beispielsweise eine Hauptsprühachse (beispielhaft mit dem Bezugszeichen 40 in 2 eingezeichnet) der Wärmeträgerdüse 14 auf die entsprechende Wärmequelle, insbesondere auf eine zugeordnete Kühlstelle 42, hin ausgerichtet sein.On the outer jacket wall 10 is one or a plurality of heat transfer nozzles 14 arranged. Each of the heat transfer nozzles 14 is at least one cylinder of the drive motor 2 - Say at least one of the heat sources 4 - assigned. For example, a main spray axis (by way of example with the reference number 40 in 2 drawn) of the heat transfer nozzle 14 to the corresponding heat source, in particular to an associated cooling point 42 , to be aligned.

Im Ausführungsbeispiel sind sowohl auf einer heißen Seite 16 als auch auf einer kühlen Seite 18 des Antriebsmotors 2 Wärmeträgerdüsen 14 angeordnet (vergleiche im Detail auch 2 und 3 sowie die zugehörige Beschreibung).In the embodiment are both on a hot side 16 as well as on a cool side 18 of the drive motor 2 Heat transfer nozzles 14 arranged (compare in detail also 2 and 3 and the associated description).

Jede der Wärmeträgerdüsen 14 ist an die Wärmeträgerleitung 20 des Wärmeträgerkreislaufes 1 angeschlossen, wobei im Zulauf zu jeder Wärmeträgerdüse 14 ein Ventil 22 angeordnet ist, mit welchem ein Volumenstrom des zu der zugeordneten Wärmeträgerdüse 14 geleiteten Wärmeträgers reguliert werden kann. Dieses Ventil kann baulich beispielsweise in der Düse integriert sein.Each of the heat transfer nozzles 14 is to the heat carrier line 20 the heat transfer circuit 1 connected, wherein in the inlet to each heat transfer nozzle 14 a valve 22 is arranged with which a volume flow of the associated to the associated heat transfer fluid 14 guided heat carrier can be regulated. This valve can be structurally integrated, for example, in the nozzle.

Im Ausführungsbeispiel sind die Ventile 22 zumindest im Wesentlichen stufenlos steuerbar und weisen elektromagnetische Aktoren auf. Denkbar sind aber auch On-Off-Ventile oder Ventile mit zwei oder mehr diskreten Öffnungsstufen.In the exemplary embodiment, the valves 22 at least substantially steplessly controllable and have electromagnetic actuators. Also conceivable are on-off valves or valves with two or more discrete opening stages.

An der äußeren Mantelwand 10 ist zudem ein Wärmeträgerauslass 24 angeordnet, der zur Abführung von Wärmeträger aus dem Mantelraum 8 ausgebildet ist.On the outer jacket wall 10 is also a heat transfer outlet 24 arranged, for the discharge of heat transfer medium from the jacket space 8th is trained.

Zur vollständigen Ausbildung des Kühlkreislaufs 1 weist dieser im Ausführungsbeispiel ein Ausgleichsvolumen 26, einen Wärmeträger-Verdichter 28 sowie einen Kondensator 30 auf. Der Wärmeträger-Verdichter 28 ist im Wärmeträgerstrom zwischen dem Ausgleichsvolumen 26 und dem Kondensator 30 angeordnet.For complete training of the cooling circuit 1 this has a compensation volume in the exemplary embodiment 26 , a heat transfer compressor 28 and a capacitor 30 on. The heat transfer compressor 28 is in the heat transfer flow between the equalization volume 26 and the capacitor 30 arranged.

Zur Ansteuerung der Ventile 22 und des Wärmeträger-Verdichters 28 weist der Wärmeträgerkreislauf ein Steuermittel 32 auf. Für eine temperaturbasierte Regelung der Kühlleistung des Kühlkreislaufs 1 ist das Steuermittel 32 dazu eingerichtet, auf ein Temperaturmodell 34 des Antriebsmotors 2 (und insbesondere der Wärmequellen 4) zuzugreifen.For controlling the valves 22 and the heat transfer compressor 28 the heat carrier circuit has a control means 32 on. For a temperature-based control of the cooling capacity of the cooling circuit 1 is the control means 32 set up on a temperature model 34 of the drive motor 2 (and in particular the heat sources 4 ).

2 zeigt den Wärmeträgerkreislauf 1 entlang der Schnittlinie B - B. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, dass an der heißen Seite 16 jedes Zylinders (also jeder Wärmequelle 4) - die an der heißen Abgas-Auslassseite 36 des Zylinders liegt - beispielsweise eine Wärmeträgerdüse 14 mehr angeordnet ist als an der kühlen Seite 18, die auf der kühlen Gemisch-Einlassseite 38 des Zylinders liegt. Jedes der entlang der Höhe des Mantelraums 8 angeordneten Ventile 22 kann mittels des Steuermittels 32 separat angesteuert werden, vorzugsweise in Abhängigkeit von dem Temperaturmodell 34 und/oder in Abhängigkeit von einer bereits vergangenen Betriebszeit bzw. der Dauer seit einem Kaltstart des Antriebsmotors 2. 2 shows the heat transfer circuit 1 along the section line B - B. From this illustration it can be seen that on the hot side 16 every cylinder (every heat source 4 ) - on the hot exhaust outlet side 36 of the cylinder is - for example, a heat transfer fluid 14 is more arranged than on the cool side 18 standing on the cool mixture inlet side 38 the cylinder is located. Each one along the height of the mantle space 8th arranged valves 22 can by means of the control means 32 be controlled separately, preferably in dependence on the temperature model 34 and / or depending on an already past operating time or the duration since a cold start of the drive motor 2 ,

Die Bezugszeichen der Ventile 22 und der Wärmeträgerdüse 14 in 2 (und analog in 3) erklären sich folgendermaßen: der Buchstabe a-f steht für die Höhe im Mantelraum 8, die tief gestellte erste Ziffer steht für die zugeordnete Wärmequelle; die tiefgestellte zweite Ziffer 16 oder 18 steht für die Anordnung an der heißen Seite 16 oder der kühlen Seite 18.The reference numbers of the valves 22 and the heat transfer nozzle 14 in 2 (and analogously in 3 ) explain themselves as follows: The letter af stands for the height in the mantle space 8th , the lowered first digit stands for the assigned heat source; the subscript second digit 16 or 18 stands for the arrangement on the hot side 16 or the cool side 18 ,

Das Temperaturmodell 34 ist im Ausführungsbeispiel eingerichtet, dem Steuermittel 32 separat zu jeder Kühlstelle 42 der inneren Mantelwand 12, auf die eine Wärmeträgerdüse 14 gerichtet ist, eine aktuelle Betriebstemperatur dieser Kühlstelle bereitzustellen.The temperature model 34 is set up in the embodiment, the control means 32 separate from each refrigeration point 42 the inner jacket wall 12 on which a heat transfer nozzle 14 is directed to provide a current operating temperature of this cooling point.

Das Steuermittel 32 ist seinerseits eingerichtet, auf Basis dieser zur Verfügung gestellten Betriebstemperatur einen Wärmeträger-Zulauf zu der entsprechenden Wärmeträgerdüse 14 teilweise oder ganz freizugeben oder zu blockieren. Die Stelle, für welche die Temperatur jeweils ermittelt wird, kann vorzugsweise diejenige Kühlstelle 42 sein, auf welche die zugehörige Hauptsprühachse 40 gerichtet ist.The control means 32 is in turn set up, based on this provided operating temperature, a heat carrier inlet to the corresponding heat transfer nozzle 14 partially or completely free or block. The location for which the temperature is determined in each case, preferably that cooling point 42 to which the associated main spray axis 40 is directed.

Zusätzlich oder alternativ zu einem derartigen Temperaturmodell kann an einer, einigen oder jeder dieser Stellen der inneren Mantelwand 12 ein geeigneter Temperatursensor vorgesehen sein, der mit dem Steuermittel 32 verbunden ist.Additionally or alternatively to such a temperature model, at one, some, or each of these locations, the inner shell wall may 12 a suitable temperature sensor may be provided which is connected to the control means 32 connected is.

Nachfolgend wird die Funktionsweise der Erfindung beispielhaft anhand der Darstellungen der 1 und 2 erläutert:Hereinafter, the operation of the invention by way of example with reference to the representations of 1 and 2 explains:

Der in 1 dargestellte Kühlkreislauf 1 ist so ausgebildet und auf die Betriebstemperatur der zu kühlenden Oberfläche der inneren Mantelwand (und der damit thermisch verbundenen Wärmequellen 4) abgestimmt, dass der Wärmeträger - im Ausführungsbeispiel eine Wasser-Glykol-Mischung - beim Auftreffen auf die innere Mantelwand zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig verdampft.The in 1 illustrated cooling circuit 1 is formed and the operating temperature of the surface to be cooled of the inner jacket wall (and the thermally connected heat sources 4 ) that the heat transfer medium - in the embodiment, a water-glycol mixture - at least partially, preferably completely evaporated when hitting the inner shell wall.

Damit erfolgt die Kühlung - verglichen mit einem herkömmlichen Flüssigkeitskühlmantel - zu einem deutlich geringeren (oder keinem) Anteil mittels konvektivem Wärmeübergang und zu einem deutlich höheren Anteil (oder vollständig) durch die Wirkung der Verdampfungsenergie beim Phasenübergang des Wärmeträgers von flüssig nach gasförmig.Thus, the cooling takes place - compared with a conventional liquid cooling jacket - to a much lower (or no) proportion by means of convective heat transfer and to a much higher proportion (or completely) by the action of the evaporation energy during the phase transition of the heat carrier from liquid to gaseous.

Um das zu erreichen, ist der Wärmeträger-Verdichter 28 dazu eingerichtet, den Wärmeträger unter Druck zu setzen und in der (geeignet sich verzweigenden) Wärmeträgerleitung 20 durch den Kondensator 30 hin zu den Ventilen 22 zu fördern.To achieve this, is the heat transfer compressor 28 adapted to pressurize the heat carrier and in the (suitable branching) heat transfer line 20 through the capacitor 30 towards the valves 22 to promote.

In Abhängigkeit vom Kühlleistungsbedarf der einzelnen zu kühlenden Kühlstellen (beispielhaft mit dem Bezugszeichen 42 in 2 als Auftreffpunkt der jeweiligen Hauptsprühachse 40 eingezeichnet) werden die entsprechenden Ventile 22, gegebenenfalls teilweise, geöffnet oder geschlossen. Bei einer Öffnung eines der Ventile 22 gibt die zugeordnete Wärmeträgerdüse 14 ein Wärmeträgerspray mit einer Vielzahl kleiner Flüssigkeit-Tropfen in Richtung der zu kühlenden Stelle ab. Wegen der hohen Temperatur der inneren Mantelwand 12 an der zu kühlenden Stelle verdampfen die kleinen Tropfen. Dabei nehmen sie die benötigte Verdampfungsenergie auf, indem sie Wärme von der inneren Mantelwand 12 abführen.Depending on the cooling power requirement of the individual cooling points to be cooled (by way of example with the reference numeral 42 in 2 as the point of impact of the respective main spray axis 40 drawn) are the corresponding valves 22 , if necessary partially, opened or closed. When opening one of the valves 22 gives the associated heat transfer nozzle 14 a heat transfer spray with a large number of small liquid drops in the direction of the point to be cooled. Because of the high temperature of the inner shell wall 12 at the point to be cooled, the small drops evaporate. In doing so, they absorb the required evaporation energy by absorbing heat from the inner shell wall 12 dissipate.

So liegt im Mantelraum 8 eine Mischung aus flüssigem Spray und einer dampfförmigen Phase des Wärmeträgers vor. Eine Druckregelung mittels einer Druckregeleinheit 29 am Verdichter in Verbindung mit geeigneter Wahl des wärmetragenden Fluids bestimmt im Ausführungsbeispiel eine optimale Verdampfungstemperatur. Mehr Wärmeträger pro Zeit (=Volumenstrom) wird eingesprüht, wenn mehr Kühlleistung gefordert ist. Das Steuermittel 32 berechnet in Abhängigkeit von den vorliegenden Betriebstemperaturen der zu kühlenden Stellen der inneren Mantelwand 12 und/oder der zu kühlenden Wärmequelle 4, welcher Volumenstrom des Wärmeträgers durch welches der Ventile 22 in den Mantelraum 8 eingeleitet wird.So lies in the mantle room 8th a mixture of liquid spray and a vapor phase of the heat carrier before. A pressure control by means of a pressure control unit 29 at the compressor in conjunction with a suitable choice of the heat-carrying fluid determined in the embodiment, an optimum evaporation temperature. More heat carrier per time (= volume flow) is sprayed when more cooling capacity is required. The control means 32 calculated as a function of the prevailing operating temperatures of the areas of the inner jacket wall to be cooled 12 and / or the heat source to be cooled 4 , Which volume flow of the heat carrier through which of the valves 22 in the mantle room 8th is initiated.

Durch den Druck im Mantelraum 8 wird der Wärmeträgerdampf durch den Wärmeträgerauslass 24 weiter in den Wärmeträgerkreislauf 1 gefördert, wobei das Ausgleichsvolumen 26 Druckunterschiede ausgleichen kann.By the pressure in the mantle space 8th the heat transfer steam is through the heat transfer outlet 24 further into the heat transfer circuit 1 promoted, with the compensation volume 26 Can compensate for pressure differences.

Stromabwärts gelangt der Wärmeträgerdampf über einen Verdichter 28 in den Kondensator 30, wo der verdichtete Wärmeträger kondensiert wird, indem er seine latente Wärmeenergie an die Umgebungsluft bzw. den Fahrtwind abgibt. Je nach vorgesehener Leitungslänge kann gegebenenfalls zwischen dem Kondensator 30 und den Wärmeträgerdüsen eine zusätzliche (nicht dargestellte) Pumpe im Wärmeträgerstrom vorgesehen sein. Der kondensierte Wärmeträger wird anschließend über die Wärmeträgerdüsen 14 wieder in den Mantelraum 8 eingesprüht.Downstream of the heat transfer steam passes through a compressor 28 in the condenser 30 where the compressed heat transfer medium is condensed by releasing its latent heat energy to the ambient air or the wind. Depending on the intended line length may optionally between the capacitor 30 and the heat transfer nozzles may be provided with an additional pump (not shown) in the heat transfer stream. The condensed heat transfer medium is then transferred via the heat transfer nozzles 14 back into the mantle room 8th sprayed.

3 zeigt den Wärmeträgerkreislauf 1 entlang der Schnittlinie C - C. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, dass die Anordnung der Wärmeträgerdüse 14 einer Matrix von Düsen gleicht, mittels der der Antriebsmotor 2 abhängig von seinem Betriebszustand (insbesondere den unterschiedlichen Betriebstemperaturen der Wärmequellen und ihrer Teile) feingliedrig entsprechend dem jeweiligen Bedarf an Kühlleistung gekühlt werden kann. 3 shows the heat transfer circuit 1 along the section line C - C. It can be seen from this illustration that the arrangement of the heat transfer nozzle 14 a matrix of nozzles, by means of which the drive motor 2 Depending on its operating state (in particular the different operating temperatures of the heat sources and their parts) can be cooled slender according to the respective need for cooling capacity.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

KühlkreislaufCooling circuit

22

Antriebsmotordrive motor

44

Wärmequelleheat source

66

Kühlmantelcooling jacket

88th

Mantelraumshell space

1010

äußere Mantelwandouter jacket wall

1212

innere Mantelwandinner jacket wall

1414

WärmeträgerdüseWärmeträgerdüse

1616

heiße Seitehot side

1818

kühle Seitecool side

2020

WärmeträgerleitungHeat transfer line

2222

VentilValve

2424

WärmeträgerauslassHeat transfer medium outlet

2626

Ausgleichsvolumencompensating volume

2828

Wärmeträger-VerdichterHeat carrier compressor

2929

DruckregeleinheitPressure control unit

3030

Kondensatorcapacitor

3232

Steuermittelcontrol means

3434

Temperaturmodelltemperature model

3636

Abgas-AuslassseiteExhaust outlet

3838

Gemisch-EinlassseiteMixture inlet side

4040

HauptsprühachseHauptsprühachse

Claims (12)

Wärmeträgerkreislauf (1) zur Kühlung einer Wärmequelle (4), der Wärmeträgerkreislauf aufweisend: - einen Kühlmantel (6) mit einer inneren Mantelwand (12), welche mit der Wärmequelle in thermischem Kontakt steht, und mit einer äußeren Mantelwand (10), die gemeinsam mit der inneren Mantelwand einen Mantelraum (8) abgrenzt, - wenigstens zwei Wärmeträgerdüsen (14), die an unterschiedlichen Stellen der äußeren Mantelwand angeordnet ist, und die dazu eingerichtet ist, Wärmeträger in den Mantelraum einzuspritzen, - wenigstens einen Wärmeträgerauslass (24), der an der äußeren Mantelwand angeordnet ist, und der zur Abführung von Wärmeträger eingerichtet ist, - eine Wärmeträgerleitung (20), entlang der zwischen dem Wärmeträgerauslass und den Wärmeträgerdüsen ein Kondensator (30) angeordnet ist, der dazu eingerichtet ist, verdampftes Wärmeträger zu kondensieren, - ein Steuermittel (32), welches dazu eingerichtet ist, einen Volumenstrom des Wärmeträgers durch die Wärmeträgerdüsen (14) anzupassen, - eine Temperaturermittlung (34) zum Ermitteln einer aktuellen Temperatur an unterschiedlichen Stellen der inneren Mantelwand (12), wobei das Steuermittel dazu eingerichtet ist, den Volumenstrom des Wärmeträgers in Abhängigkeit von aktuellen Temperaturen anzupassen, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (32) dazu eingerichtet ist, den Volumenstrom durch jede der Wärmeträgerdüsen (14) mittels jeweils eines Ventils (22) anzupassen, wobei die Ventile jeweils im Fluidstrom vor der entsprechenden Wärmeträgerdüse (14) angeordnet sind.Heat transfer circuit (1) for cooling a heat source (4), the heat transfer circuit comprising: - a cooling jacket (6) with an inner jacket wall (12), which is in thermal contact with the heat source, and with an outer jacket wall (10), which together with the inner jacket wall a jacket space (8) defines, - at least two heat transfer nozzles (14) which is arranged at different locations of the outer jacket wall, and which is adapted to inject heat carrier into the shell space, - at least one heat transfer outlet (24) is arranged on the outer jacket wall, and is arranged for the discharge of heat transfer medium, - a heat transfer line (20) along which a condenser (30) is arranged between the heat transfer and the heat transfer fluid, which is adapted to condense vaporized heat carrier, a control means (32) which is adapted to a volume flow of the heat carrier through the A temperature determination (34) for determining a current temperature at different points of the inner jacket wall (12), wherein the control means is adapted to adjust the volume flow of the heat carrier in dependence on current temperatures, characterized in that the Control means (32) is adapted to adjust the volume flow through each of the heat transfer nozzles (14) by means of a respective valve (22), wherein the valves are each arranged in fluid flow in front of the corresponding heat transfer nozzle (14). Wärmeträgerkreislauf (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hauptbestandteil des Wärmeträgers Wasser oder eine Wasser-Glykol-Mischung ist.Heat transfer circuit (1) according to Claim 1 , characterized in that a Main component of the heat carrier water or a water-glycol mixture is. Wärmeträgerkreislauf (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel dazu eingerichtet ist, den Volumenstrom des Wärmeträgers zu erhöhen, wenn die aktuelle Temperatur höher ist als ein vorbestimmter Schwellenwert.Heat transfer circuit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the control means is adapted to increase the volume flow of the heat carrier, when the current temperature is higher than a predetermined threshold value. Wärmeträgerkreislauf (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hauptsprühachse (40) der Wärmeträgerdüse auf eine vorbestimmte, heiße Kühlstelle (42) der inneren Mandelwand ausgerichtet ist.Heat transfer circuit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a Hauptsprühachse (40) of the heat transfer nozzle is aligned with a predetermined, hot cooling point (42) of the inner almond wall. Wärmeträgerkreislauf (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Ausgleichsbehälter (26) zur Aufnahme von verdampftem Wärmeträger, die im Wärmeträgerfluss zwischen dem Wärmeträgerauslass und dem Kondensator angeordnet ist.Heat transfer circuit (1) according to one of the preceding claims, characterized by a surge tank (26) for receiving vaporized heat transfer medium, which is arranged in the heat transfer flow between the heat carrier outlet and the condenser. Wärmeträgerkreislauf (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Wärmeträger-Verdichter (28), die im Wärmeträgerfluss zwischen dem Kondensator und der/den Wärmeträgerdüse(n) angeordnet ist.Heat transfer circuit (1) according to one of the preceding claims, characterized by a heat transfer compressor (28), which is arranged in the heat transfer flow between the condenser and the / the heat transfer (s). Antriebsmotor (2) mit wenigstens einem Hubkolben und mit einem Wärmeträgerkreislauf (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Mantelwand (12) gemeinsam mit wenigstens einem Zylinder (4) zur Aufnahme eines Hubkolbens ausgebildet ist.Drive motor (2) with at least one reciprocating piston and with a heat carrier circuit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the inner jacket wall (12) is formed together with at least one cylinder (4) for receiving a reciprocating piston. Verfahren zur Kühlung einer Wärmequelle (4) eines Antriebsmotors (2) mittels eines Wärmeträgerkreislaufs (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Schritte: - Ermittlung einer aktuellen Temperatur an wenigstens einer Stelle der inneren Mantelwand (12), - Vergleich der ermittelten Temperatur mit einem vorbestimmten Schwellenwert, - Freigabe einer Einspritzung von Wärmeträger in den Mantelraum (8) bei Überschreiten des Schwellenwerts, - Anpassen des Volumenstroms in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur.Method for cooling a heat source (4) of a drive motor (2) by means of a heat carrier circuit (1) according to one of the preceding Claims 1 to 6 characterized by the steps of: - determining a current temperature at at least one point of the inner jacket wall (12), - comparing the determined temperature with a predetermined threshold value, - releasing an injection of heat transfer medium into the jacket space (8) when the threshold value is exceeded, Adjusting the volume flow as a function of the determined temperature. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom mittels eines Ventils (22) und/oder mittels eines Wärmeträger-Verdichters (28) angepasst wird, die im Fluidstrom vor der Wärmeträgerdüse (14) angeordnet ist/sind.Method according to the preceding Claim 8 , characterized in that the volume flow by means of a valve (22) and / or by means of a heat transfer compressor (28) is adjusted, which is arranged in the fluid flow in front of the heat transfer nozzle (14) / are. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Wärmeträgerkreislauf mit mehreren, voneinander beanstandeten Wärmeträgerdüsen (14) jede Wärmeträgerdüse auf eine andere vorbestimmte Kühlstelle (42) der inneren Mantelwand (12) ausgerichtet ist, wobei zu jeder der vorbestimmten Kühlstellen die aktuelle Temperatur ermittelt werden kann.Method according to one of the preceding Claims 8 or 9 , characterized in that in a heat transfer circuit with a plurality of spaced heat carrier nozzles (14) each heat transfer to another predetermined cooling point (42) of the inner shell wall (12) is aligned, wherein the current temperature can be determined for each of the predetermined cooling points. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom des Wärmeträgers derart auf die einzelnen Wärmeträgerdüsen (14) aufgeteilt wird, dass eine heißere vorbestimmte Kühlstelle stärker gekühlt wird als eine kältere vorbestimmte Kühlstelle.Method according to one of the preceding Claims 8 to 10 , characterized in that the volume flow of the heat carrier is distributed to the individual heat transfer nozzles (14), that a hotter predetermined cooling point is cooled more than a colder predetermined cooling point. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Druckregeleinheit (29) am Wärmeträger-Verdichter (28) und/oder mittels einer Auswahl eines geeigneten wärmetragenden Fluids eine Siedetemperatur des Wärmeträgers eingestellt wird.Method according to one of the preceding Claims 8 to 11 , characterized in that a boiling temperature of the heat carrier is adjusted by means of a pressure control unit (29) on the heat transfer medium compressor (28) and / or by means of a selection of a suitable heat-carrying fluid.

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