DE102018207832A1

DE102018207832A1 - Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102018207832A1
Application number: DE102018207832.7A
Authority: DE
Inventors: Gerald Steinwender
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-05-18
Filing date: 2018-05-18
Publication date: 2019-11-21

Abstract

Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem selbstregelnden Volumenstrom-Regelventil für das Kühlmittel, wobei das Volumenstrom-Regelventil ein in einem Gehäuse schiebebeweglich angeordneter Kolben ist, wobei das Gehäuse und der Kolben eine korrespondierende Durchgangsbohrung aufweisen, durch die das Kühlmittel von einer Kühlmittelpumpe förderbar ist, wobei der Kolben einerseits über ein Federelement gegen das Gehäuse abgestützt ist und andererseits mit einem Vorlaufdruck des Kühlmittels gegen eine Federkraft des Federelementes beaufschlagbar ist.Durch den erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislauf ist eine drehzahlunabhängige, individuelle Regelbarkeit der Kühlmittelströme ohne aktive Komponenten möglich.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die Internationale Patentanmeldung mit der internationalen Veröffentlichungsnummer WO 01/12964 A1 hingewiesen. Aus dieser Patentanmeldung ist ein Verfahren zur Temperaturregelung des Kühlmittelkreises eines Verbrennungsmotors bekannt, bei dem eine elektrisch betriebene Kühlmittelpumpe verwendet wird, deren Drehzahl die Kühlleistung regelt oder steuert. Durch eine zusätzliche Bypassleitung mit entsprechenden Thermostatventilen lassen sich sowohl hohe Wärmeüberschüsse abführen wie auch eine schnelle Aufheizung des Verbrennungsmotors erreichen.
Weiter ist aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2006 039 680 A1 eine Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine bekannt, mit einem Gehäuse, einer drehbar im Gehäuse gelagerten Pumpenwelle, deren eines Stirnende aus dem Gehäuse übersteht und über einen Umschlingungstrieb mit einer Triebwelle der Verbrennungskraftmaschine verbindbar ist, sowie einem innerhalb des Gehäuses am entgegengesetzten Stirnende der Pumpenwelle angeordneten Pumpenrad. Damit eine Unterbrechung der Durchflussmenge des Kühlmittels durch die Verbrennungskraftmaschine allein mit Hilfe der Kühlmittelpumpe vorgenommen werden kann, ist zwischen der Pumpenwelle und dem Pumpenrad eine schaltbare Kupplung angeordnet.
Weiter ist aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2014 207 280 A1 ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Kühlkreis bekannt, der zumindest einen Funktionswärmetauscher, eine Kühlmittelpumpe und ein Ventil umfasst. Das Ventil ist zur Regelung einer Kühlmittelströmung durch den Kühlkreis ausgebildet. Hierfür weist das Ventil zur Regelung der Kühlmittelströmung einen in einem Ventilgehäuse beweglich gelagerten Ventilkörper auf, der mindestens in zwei Schaltpositionen mechanisch sperrbar ist, wobei zum Umschalten des Ventils durch Bewegen des Ventilkörpers, von einer Schaltposition in die andere Schaltposition, die mechanische Sperre durch das Aufbringen einer Kraft, die von einer Schalteinrichtung erzeugt wird, gelöst wird.
Weiter ist aus der Deutschen Patentschrift DE 103 11 188 B4 , von der die vorliegende Erfindung ausgeht, eine Vorrichtung zum Kühlen und Heizen von Kraftfahrzeugen mit einer durch Kühlmittel gekühlten Brennkraftmaschine bekannt. Die Vorrichtung weist ein autarkes Thermostatventil auf, welches zur Kontrolle der Kühlmitteltemperatur den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine und einen Fahrzeugkühler regelt. Weiter weist die Vorrichtung einen von einer elektronischen Motorsteuerung beinflussbaren Bypasszweig mit Zusatzventil auf, welcher den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von deren Kühlbedarf zusätzlich variiert. Hierfür sind Mittel vorgesehen, die den Kühlmitteldurchsatz durch einen Heizungswärmetauscherkreislauf, einen Entlüftungskreislauf oder sonstige Kühlmittelkreisläufe, auch bei geschlossenem Thermostatventil durchströmte Kühlmittelzweige so stark begrenzen, dass in einer ersten Betriebsart mit einem hohen Kühlmitteldurchsatz durch den Bypasszweig die nominale Thermostatöffnungstemperatur durch die Motorsteuerung einstellbar wird und dass in einer zweiten Betriebsart mit einem reduzierten Kühlmitteldurchsatz durch den Bypasszweig eine aus der Vermischung der einzelnen Teilströmungen und deren Wärmesenken mit dem geringen oder fehlenden Kühlmittelstrom des Bypasszweiges resultierende effektive Thermostatöffnungstemperatur deutlich oberhalb der nominalen Thermostatöffnungstemperatur durch die Motorsteuerung einstellbar wird, wobei in der zweiten Betriebsart zur Minimierung des Kraftstoffverbrauchs in der Teillast die Kühlmittelaustrittstemperaturen aus der Brennkraftmaschine um mehr als 15 Kelvin über die nominale Thermostatöffnungstemperatur angehoben werden.
Im Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine werden zunehmend Komponenten verbaut, für die bei kleinen Drehzahlen der Brennkraftmaschine relativ hohe Zielwerte von Kühlmitteldurchsätzen erreicht werden müssen, während bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine keine besonderen Zielwerte vorliegen (z. B. Kühlung eines 48 Volt Startergenerators oder Kühlung der Abgasrückführung). Bei einer ungeregelten, mechanischen Kühlmittelpumpe steigt der Durchsatz von Kühlmittel linear mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine. Daher wird bei hohen Drehzahlen ein unnötig hoher Kühlmittelvolumenstrom durch diese Komponenten gefördert. Eine Abhilfe könnte ein geregeltes Ventil mit elektrischem Steller oder eine zusätzliche elektrische Kühlmittelpumpe darstellen.
Nachteilig sind hierbei besonders die hohen Kosten, sowie die Erforderlichkeit einer aktiven Regelung. Weiter ist von Nachteil die lineare Abhängigkeit des Kühlmittelstroms von der Drehzahl, die nicht für alle Komponenten bedarfsgerecht ist. Darüber hinaus sind die aktiven Elemente zur Regelung teuer und benötigen zusätzlich eine Stromversorgung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, oben genannte Nachteile zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist mit dem Patentanspruch 2 dargestellt.
Ziel der Erfindung ist es, den Kühlmittelstrom für alle zu kühlenden Komponenten bedarfsgerecht zu regeln. Der erfindungsgemäße Vorschlag ist eine selbstregelnde Drossel (Volumenstrom-Regelventil) einzusetzen. Bei hohen anliegenden Drücken (hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine) verschließt ein federbelasteter Kolben teilweise einen Durchgangsquerschnitt und gibt ihn bei kleinen Drehzahlen wieder frei. Der für die Beaufschlagung des Kolbens verwendete hydraulische Druck kann direkt aus dem Vorlauf des Volumenstrom-Regelventils oder an einer anderen, dafür ebenfalls geeigneten Stelle im Kühlkreislauf entnommen werden. Damit können die Kühlmittelströme für verschiedene Komponenten drehzahlunabhängig und individuell geregelt werden. Das selbstregelnde Volumenstrom-Regelventil ist kostengünstig herzustellen und benötigt in vorteilhafter Weise keine Stromversorgung. Somit ist eine drehzahlunabhängige, für jede Komponente individuelle Regelbarkeit des Kühlmittelvolumenstroms möglich. Für die Darstellung eines maximalen und eines minimalen Kühlmittelvolumenstroms sind für den Kolben zwei Anschläge vorgesehen.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand von zwei Figuren näher erläutert.

1 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes selbstregelndes Volumenstrom-Regelventil für einen maximalen Kühlmitteldurchsatz.
2 zeigt einen Schnitt durch das selbstregelnde Volumenstrom-Regelventil für einen reduzierten Kühlmitteldurchsatz.

1 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Volumenstrom-Regelventil 1 für einen maximalen Kühlmitteldurchsatz. Das Volumenstrom-Regelventil 1 ist für einen Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs vorgesehen.
In einem Gehäuse 2 ist schiebebeweglich ein Kolben 3 angeordnet. Das Gehäuse 2 und der Kolben 3 weisen eine korrespondierende Durchgangsbohrung 4 für das Kühlmittel auf. Ein Einströmen und ein Ausströmen des Kühlmittels ist jeweils durch einen Pfeil schematisch dargestellt. Der Kolben 3 ist einerseits über ein Federelement 5 gegen das Gehäuse 2 abgestützt und andererseits mit einem Vorlaufdruck des Kühlmittels beaufschlagbar. Dies bedeutet, wenn der Vorlaufdruck ansteigt, wird aufgrund des Vorlaufdrucks der Kolben 3 gegen eine Federkraft des Federelements 5 verschoben, bis der Kolben 3 an einem zweiten Anschlag 7 anliegt. Ist der Vorlaufdruck des Kühlmittels gering, so drückt die Federkraft des Federelements 5 den Kolben 3 gegen einen in 2 dargestellten ersten Anschlag 6. Wie in 1 dargestellt, liegt der Kolben 3 an dem ersten Anschlag 6 an, dies bedeutet dass ein maximaler Kühlmittelvolumenstrom dargestellt ist, da die Bohrungen 4 im Kolben 3 und im Gehäuse 2 miteinander fluchten.
2 zeigt nochmals den gleichen Sachverhalt wie 1, wobei für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern gelten. Abweichend zu 1 liegt der Kolben 3 in 2 am zweiten Anschlag 7 an, dies bedeutet dass der Kühlmittelvolumenstrom begrenzt ist.
Somit ist erfindungsgemäß eine drehzahlunabhängige, individuelle Regelbarkeit der Kühlmittelvolumenströme möglich. Darüber hinaus ist eine kostengünstige Lösung dargestellt, die keine elektrische Versorgung benötigt.
Bezugszeichenliste

1.: Volumenstrom-Regelventil
2.: Gehäuse
3.: Kolben
4.: Durchgangsbohrung
5.: Federelement
6.: erster Anschlag
7.: zweiter Anschlag

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 0112964 A1 [0002]
DE 102006039680 A1 [0003]
DE 102014207280 A1 [0004]
DE 10311188 B4 [0005]

Claims

Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem selbstregelnden Volumenstrom-Regelventil (1) für das Kühlmittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenstrom-Regelventil (1) ein in einem Gehäuse (2) schiebebeweglich angeordneter Kolben (3) ist, wobei das Gehäuse (2) und der Kolben (3) eine korrespondierende Durchgangsbohrung (4) aufweisen, durch die das Kühlmittel von einer Kühlmittelpumpe förderbar ist, wobei der Kolben (3) einerseits über ein Federelement (5) gegen das Gehäuse (2) abgestützt ist und andererseits mit einem Vorlaufdruck des Kühlmittels gegen eine Federkraft des Federelementes (5) beaufschlagbar ist.
Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) für den Kolben (3) einen ersten Anschlag (6) für einen maximalen Volumenstrom des Kühlmittels und einen zweiten Anschlag (7) für einen minimalen Volumenstrom des Kühlmittels aufweist.