WO1998015725A1 - Drive unit with a thermally regulated water pump - Google Patents

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WO1998015725A1
WO1998015725A1 PCT/EP1997/005544 EP9705544W WO9815725A1 WO 1998015725 A1 WO1998015725 A1 WO 1998015725A1 EP 9705544 W EP9705544 W EP 9705544W WO 9815725 A1 WO9815725 A1 WO 9815725A1
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drive unit
unit according
retarder
coolant
speed
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PCT/EP1997/005544
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Peter Edelmann
Klaus Vogelsang
Peter Heilinger
Peter Rose
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Voith Turbo Gmbh & Co. Kg
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    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F01P7/164—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control by varying pump speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01P7/161—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control by bypassing pumps

Definitions

  • the invention relates to a drive unit, in particular for a motor vehicle with an internal combustion engine and a transmission, and a cooling circuit comprising a coolant for cooling the engine.
  • cooling circuits comprising a coolant, preferably water with the appropriate antifreeze additives, are generally used for cooling engines, in particular internal combustion engines.
  • a certain amount of coolant flows through the engine to be cooled per unit of time, absorbs the heat to be dissipated from the internal combustion engine and transports it to a cooler, for example a finned cooler, in which the absorbed and transported amount of heat is released to the environment.
  • the cooling capacity of such a system is essentially determined by the amount of coolant circulated.
  • the coolant is circulated by means of a coolant pump.
  • the flow rate of the coolant pump determines the coolant flow through the cooling circuit.
  • Internal combustion engine is that a high pump power is provided even in cases where it is not needed. For example, in summer and winter with such an arrangement, the same amount of coolant is always pumped through the cooling circuit, without taking into account the respective operating parameters (e.g. overrun and
  • Partial load operation This leads to unnecessary power consumption on the part of the engine, which leads to unnecessarily high fuel consumption in certain operating situations. This problem becomes particularly serious when a retarder is introduced into the cooling circuit, the working medium of which is also the cooling medium for the engine. Then, for safe heat dissipation, the delivery quantity of the coolant pump must be designed so that the heat can be dissipated even when the retarder is switched on. This requires pumps with very high performance.
  • the drive unit according to the invention comprises at least one speed-controlled coolant pump for conveying the coolant in the coolant circuit.
  • the Drive unit has means for determining the engine temperature and a control device.
  • the temperature can be recorded at sampling intervals ranging from several seconds to milliseconds.
  • a control device controls the speed-controlled pump in such a way that a fixed predetermined maximum temperature value for the motor is not exceeded.
  • this value can be specified as a function of the current engine power. In this way, it is possible to always run the cooling circuit close to the temperature limit of the engine, which is special is fuel-saving, since the performance of the coolant pump is then optimally adjusted.
  • the drive unit according to the invention further comprises a retarder, which retarder can either be operated with a separate working medium, and the coolant is used only for heat exchange or, in a further developed embodiment, the coolant is the working medium of the retarder itself .
  • the cooling circuit can be switched on and off, for example by means of a changeover valve which bypasses the coolant past the retarder when it is not working.
  • a particularly energy-saving embodiment provides that at least one further coolant pump is provided in addition to the speed-controlled coolant pump. This can either be engine speed dependent, vehicle speed dependent or retarder speed dependent.
  • the speed-controlled coolant pump can be designed in such a way that it provides the basic cooling load in the cooling circuit and the additional coolant pump is only switched on under special loads, for example when driving uphill.
  • Cooling circuits that include a retarder as particularly advantageous.
  • the speed-controlled coolant pump is designed in such a way that it provides sufficient cooling of the engine for every operating situation of the engine when the retarder is not in operation or is switched off.
  • the at least one further coolant pump is switched on when the retarder is operated, so that the heat additionally generated in the retarder can still be dissipated safely, ie with the aid of this further coolant pump in combination with the speed-controlled coolant pump sufficient cooling of the engine is guaranteed.
  • Capacity is measured so that it provides the basic power required for sufficient cooling of the engine in all operating states.
  • the speed-controlled coolant pump is then operated only when the retarder is switched on, in such a way that the maximum engine temperature mentioned above is not exceeded on the engine.
  • Coolant is usually water with the appropriate antifreeze.
  • the retarder can be both a primary retarder, that is to say a retarder, the speed of which is dependent on the engine speed, or else a secondary retarder, the speed of which is dependent on the driving speed.
  • the coolant also serves as the working medium of the retarder.
  • the invention is also intended to include the case that the coolant of the engine is not at the same time the working medium of the retarder, but is merely passed, for example, through a heat exchanger and from there the
  • the drive unit has, for example, a temperature sensor which is used to determine the engine temperature and is generally attached to the engine. This sensor delivers then a temperature signal to the control device, which controls the speed-controlled coolant pump in relation to its delivery rate.
  • the pump in the coolant circuit with a separate control, for example for commissioning and decommissioning.
  • Fig. 1 shows a drive unit according to the invention.
  • Fig. 2 shows a drive unit according to the invention with a further coolant pump representative of embodiments with several
  • Coolant pumps. 3 shows an alternative embodiment of the invention according to FIG. 2.
  • FIG. 1 shows a drive unit consisting of a motor 1 and a cooling circuit 3.
  • the cooling circuit 3 comprises a cooler 5, one
  • Coolant pump 7, which is designed as a speed-controlled coolant pump, and an expansion tank 9, which always ensures sufficient overpressure on the pump suction side. Furthermore, a changeover valve 11 and a retarder 13 are provided in the cooling circuit.
  • the invention is in no way limited to only those embodiments in which a retarder is arranged in the coolant circuit. The invention is also applicable if only engine cooling by means of a cooling circuit and a speed-controlled coolant pump is provided.
  • a bypass line 40 leads past the cooler and branches at point 42.
  • a changeover valve 44 is arranged, which is a 3/2-way valve can be designed.
  • the 3/2-way valve has the function of controlling the coolant flow in such a way that it can be led past the cooler either through the cooler or through the bypass line 40.
  • the 3/2-way valve controls the cooling flow partially or largely to the cooler 5.
  • the 3/2-way switch valve 44 controls the coolant via the bypass line to the engine 1 or to the pump 7.
  • the 3/2-way valve can be designed as an expansion control valve or as an electrical or pneumatic continuously regulating valve.
  • the cooler can be supported by a fan 15.
  • the motor 1 has a temperature sensor 20 as a means for determining the temperature.
  • a temperature sensor 20 as a means for determining the temperature.
  • several temperature sensors can also be positioned at different locations on the engine or in the coolant line, for example in the direction away from the engine.
  • a temperature signal which represents the current engine temperature, is fed to a control device 24 via the signal line 22.
  • Actual value which serves as a reference variable in the present control loop, to be averaged over a large number of temperature signals.
  • a maximum temperature value for the motor is stored in the control device 24 itself as a setpoint for the control circuit. It is possible that this maximum temperature setpoint is a single value for all operating states of the engine.
  • a value that follows the load state of the motor can have a direct effect on the pump speed control, ie the pump control is not solely dependent on the temperature setpoint.
  • the detection of the load state can be found in a torque sensor or the control unit for the motor.
  • Various control algorithms are now conceivable. So the speed-controlled coolant pump 7 with a certain constant speed are operated and the control only intervenes when the motor temperature exceeds the predetermined maximum temperature value. It is then readjusted, ie the delivery rate is increased.
  • the amount of coolant that is conveyed by the engine is always measured by means of the speed-controlled pump so that the engine is run at the maximum permissible coolant temperature, i. H.
  • the speed of the coolant pump is regulated by means of the control device 24 both in the event of deviations from higher and lower temperatures than the predetermined target temperature. In this way, it is ensured that the cooling circuit always circulates only the quantity that is required to reach the engine setpoint temperature.
  • the coolant pump 7 is speed-controlled, which means that its delivery rate is directly dependent on the speed at which it rotates.
  • the advantage of the design according to FIG. 2 can be seen in the fact that the speed-controlled pump 7, which is regulated by the control device 24 as a function of the engine temperature recorded via the sensor 20, can be designed to be very small in terms of its delivery rate, since a further one is present in the cooling circuit Pump 30 is provided, which in the present exemplary embodiment is operated as a function of vehicle speed and provides a basic delivery rate in the cooling circuit.
  • the pump 30 is dimensioned such that when the retarder is not operated, ie in the state in which the coolant is directed past the retarder through the bypass line 26, it is sufficient to provide the pumping power required for the engine cooling.
  • the control will respond and the control device will activate the speed-controlled pump 7, which will then be operated at precisely such a speed that an additional delivery quantity is made available in order to prevent an inadmissible heating of the motor.
  • the control device in turn operates as described in FIG. 1, ie in the event of deviations from a specified motor temperature setpoint, the speed of the pump 7 is set accordingly until this specified setpoint motor temperature is reached.
  • the control allows the coolant circuit to always run just so that the engine is close to the maximum permissible temperature. As already shown above, this results in considerable fuel savings.
  • the speed-controlled pump 7 is arranged behind the changeover valve 11 immediately before the retarder 13.
  • the basic load for the coolant delivery is now taken over by the speed-controlled pump 7. It is in turn controlled as a function of the engine temperature by means of the control device 24 in such a way that the speed-controlled pump is controlled as a function of the specified setpoint and the deviation of the actual value.
  • the speed-controlled pump can be designed to be very low in terms of its delivery rate, since it only has to remove the heat generated in the coolant circuit without the retarder being switched on. If the retarder is now switched on, the additional pump 30 is also switched on and the higher delivery rate required for cooling is thereby made available.
  • the additional amount of coolant that is used to reduce the heat load that arises from the activation of the retarder is then further increased
  • Coolant pump 30 promoted.
  • the control device can additionally be connected to the changeover valve 11 via a signal line 32 in order to receive a status signal, which provides information about whether the coolant is through the retarder or via the bypass is bypassed.
  • a status signal which provides information about whether the coolant is through the retarder or via the bypass is bypassed.
  • the control device 24 it is then possible, for example, to activate the control by means of the control device 24 only when a status signal is present on the signal line 32, which indicates that the coolant is passed through the retarder and serves there as the working medium.
  • the drive of the speed-controlled pumps 7 can be operated by means of an electric motor, which in turn is connected to the electrical circuit of the vehicle.
  • the control of the electric motors that are suitable for this purpose are known to the person skilled in the art from the prior art, see, for example, "Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 18th edition, 1995, pages V18-V51".
  • a plurality of coolant pumps can be provided, one or more of which are speed-controlled coolant pumps.

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Abstract

The invention relates to a drive unit with an internal combustion engine (1), shift gear and cooling circuit containing a coolant to cool said engine. The invention is characterized by the fact that at least one speed-regulated coolant pump (7) is provided for the circulation of coolant in the cooling circuit.

Description

Antriebseinheit mit thermisch geregelter Wasserpumpe Drive unit with thermally controlled water pump
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe, sowie einem Kühlkreislauf umfassend ein Kühlmittel zur Kühlung des Motors.The invention relates to a drive unit, in particular for a motor vehicle with an internal combustion engine and a transmission, and a cooling circuit comprising a coolant for cooling the engine.
Zur Kühlung von Motoren, insbesondere Verbrennungsmotoren, werden heute in der Regel Kühlkreisläufe umfassend ein Kühlmittel, vorzugsweise Wasser mit den entsprechenden Frostschutzzusätzen, eingesetzt. Dabei durchströmt eine bestimmte Kühlmittelmenge pro Zeiteinheit den zu kühlenden Motor, nimmt dabei die abzuführende Wärme des Verbrennungsmotores auf und transportiert diese zu einem Kühler, beispielsweise einen Rippenkühler, in dem die aufgenommene und transportierte Wärmemenge an die Umgebung abgegeben wird. Die Kühlleistung eines solchen Systems wird im wesentlichen durch die umgewälzte Menge Kühlmittel bestimmt. Die Umwälzung des Kühlmittels erfolgt mittels einer Kühlmittelpumpe. Dabei bestimmt die Fördermenge der Kühlmitteipumpe den Kühlmittelfluß durch den Kühlkreislauf.Today, cooling circuits comprising a coolant, preferably water with the appropriate antifreeze additives, are generally used for cooling engines, in particular internal combustion engines. A certain amount of coolant flows through the engine to be cooled per unit of time, absorbs the heat to be dissipated from the internal combustion engine and transports it to a cooler, for example a finned cooler, in which the absorbed and transported amount of heat is released to the environment. The cooling capacity of such a system is essentially determined by the amount of coolant circulated. The coolant is circulated by means of a coolant pump. The flow rate of the coolant pump determines the coolant flow through the cooling circuit.
Wie aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt, ist die Fördermenge der Kühlmittelpumpe im allgemeinen von deren Drehzahl abhängig. Herkömmliche Kühlmittelpumpen stehen in ständiger Triebverbindung mit dem Motor, sie arbeiten somit also motordrehzahlabhängig. Nachteilig an diesem Verfahren zur Kühlung eines Motors, insbesondere einesAs is well known from the prior art, the delivery rate of the coolant pump is generally dependent on its speed. Conventional coolant pumps are in constant drive connection with the engine, so they work depending on the engine speed. A disadvantage of this method for cooling an engine, in particular one
Verbrennungsmotors ist, daß eine hohe Pumpleistung auch in Fällen, in denen diese nicht benötigt wird, zur Verfügung gestellt wird. Beispielsweise wird Sommers wie Winters bei einer derartigen Anordnung immer dieselbe Menge Kühlmittel durch den Kühlkreislauf gefördert, und zwar ohne Berücksichtigung der jeweiligen Betriebsparameter (z.B. Schubbetrieb undInternal combustion engine is that a high pump power is provided even in cases where it is not needed. For example, in summer and winter with such an arrangement, the same amount of coolant is always pumped through the cooling circuit, without taking into account the respective operating parameters (e.g. overrun and
Teillastbetrieb). Hierdurch kommt es zu einer unnötigen Leistungsaufnahme von seiten des Motors, was in bestimmten Betriebssituationeπ zu einem unnötig hohen Kraftstoffverbrauch führt. Besonders gravierend wird dieses Problem, wenn in den Kühlkreislauf ein Retarder eingebracht wird, dessen Arbeitsmedium gleichzeitig Kühlmedium für den Motor ist. Dann muß zur sicheren Wärmeabfuhr die Fördermeπge der Kühlmittelpumpe so ausgelegt sein, daß auch noch bei zugeschaltetem Retarder die Wärme abgeführt werden kann. Dies erfordert Pumpen mit sehr hoher Leistung.Partial load operation). This leads to unnecessary power consumption on the part of the engine, which leads to unnecessarily high fuel consumption in certain operating situations. This problem becomes particularly serious when a retarder is introduced into the cooling circuit, the working medium of which is also the cooling medium for the engine. Then, for safe heat dissipation, the delivery quantity of the coolant pump must be designed so that the heat can be dissipated even when the retarder is switched on. This requires pumps with very high performance.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Antriebseinheit anzugeben, mit dem die oben geschilderten Nachteile des Standes der Technik überwunden werden können.It is therefore an object of the invention to provide a drive unit with which the disadvantages of the prior art described above can be overcome.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Antriebseinheit gemäß dem Anspruch 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a drive unit according to claim 1.
Die erfindungsgemäße Antriebseinheit umfaßt mindestens eine drehzahlgeregelte Kühlmittelpumpe zur Förderung des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf.The drive unit according to the invention comprises at least one speed-controlled coolant pump for conveying the coolant in the coolant circuit.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß dieIn a development of the invention it can be provided that the
Antriebseinheit Mittel zur Bestimmung der Motortemperatur aufweist sowie eine Regelvorrichtung. Die Temperatur kann in Abtastintervallen, die in einem Bereich von mehreren Sekunden bis zu Millisekunden liegen, aufgenommen werden.Drive unit has means for determining the engine temperature and a control device. The temperature can be recorded at sampling intervals ranging from several seconds to milliseconds.
Es kann vorgesehen sein, daß eine Regelvorrichtung die drehzahlgeregelte Pumpe derart ansteuert, daß ein fest vorgegebener Temperaturmaximalwert für den Motor nicht überschritten wird. Dieser Wert kann in einer Weiterbildung in Abhängigkeit von der aktuellen Motorleistung vorgegeben werden. Auf diese Art und Weise ist es möglich, mit dem Kühlkreislauf immer nahe an der Temperaturgrenze des Motors zu fahren, was besonders kraftstoffsparend ist, da die Leistung der Kühlmittelpumpe dann optimal angepaßt wird.It can be provided that a control device controls the speed-controlled pump in such a way that a fixed predetermined maximum temperature value for the motor is not exceeded. In a further development, this value can be specified as a function of the current engine power. In this way, it is possible to always run the cooling circuit close to the temperature limit of the engine, which is special is fuel-saving, since the performance of the coolant pump is then optimally adjusted.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erfindungsgemäße Antriebseinheit des weiteren einen Retarder umfaßt, wobei dieser Retarder entweder mit einem seperaten Arbeitsmedium betrieben werden kann, und das Kühlmittel nur zum Wärmetausch eingesetzt wird oder aber auch in einer fortgebildeten Ausführungsform das Kühlmittel das Arbeitsmedium des Retarders selbst ist.It is particularly advantageous if the drive unit according to the invention further comprises a retarder, which retarder can either be operated with a separate working medium, and the coolant is used only for heat exchange or, in a further developed embodiment, the coolant is the working medium of the retarder itself .
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Retarder imIn a development of the invention it is provided that the retarder in
Kühlkreislauf zu- und abgeschaltet werden kann, beispielsweise mittels eines Umschaltventiles, der das Kühlmittel in einem Bypass am Retarder vorbei leitet, wenn dieser nicht arbeitet.The cooling circuit can be switched on and off, for example by means of a changeover valve which bypasses the coolant past the retarder when it is not working.
Eine besonders kraftstσffsparende Ausführungsform sieht vor, daß neben der drehzahlgeregelten Kühlmittelpumpe mindestens eine weitere Kühlmittelpumpe vorgesehen ist. Diese kann entweder motordrehzahlabhängig, fahrgeschwindigkeitsabhäπgig oder retarderdrehzahlabhängig betrieben werden.A particularly energy-saving embodiment provides that at least one further coolant pump is provided in addition to the speed-controlled coolant pump. This can either be engine speed dependent, vehicle speed dependent or retarder speed dependent.
Bei einem Kühlmittelkreislauf, der mehrere Kühlmittelpumpen umfaßt, kann die drehzahlgeregelte Kühlmittelpumpe so ausgelegt werden, daß sie die Grundkühllast im Kühlkreislauf zur Verfügung stellt und nur bei besonderen Belastungen die weitere Kühlmittelpumpe zugeschaltet wird, zum Beispiel bei Bergfahrt. Insbesondere erweist sich eine derartige Anordnung beiIn the case of a coolant circuit which comprises several coolant pumps, the speed-controlled coolant pump can be designed in such a way that it provides the basic cooling load in the cooling circuit and the additional coolant pump is only switched on under special loads, for example when driving uphill. Such an arrangement proves in particular
Kühlkreisläufen, die einen Retarder umfassen, als besonders vorteilhaft. Hier kann vorgesehen sein, daß die drehzahlgeregelte Kühlmittelpumpe in ihrem Leistungsvermögen gerade so ausgelegt wird, daß sie für jede Betriebssituation des Motors bei nicht in Betrieb befindlichen oder abgeschaltetem Retarder eine ausreichende Kühlung des Motors gewähleistet. In einer Weiterbildung dieses Gedankens kann dann vorgesehen sein, daß die mindestens eine weitere Kühlmittelpumpe, wenn der Retarder betrieben wird, zugeschaltet wird, so daß die im Retarder zusätzlich erzeugte Wärme noch sicher abgeführt werden kann, d. h. mit Hilfe dieser weiteren Kühlmittelpumpe in Kombination mit der drehzahlgeregelten Kühlmittelpumpe eine ausreichende Kühlung des Motors gewährleistet wird.Cooling circuits that include a retarder as particularly advantageous. It can be provided here that the speed-controlled coolant pump is designed in such a way that it provides sufficient cooling of the engine for every operating situation of the engine when the retarder is not in operation or is switched off. In a further development of this idea, it can then be provided that the at least one further coolant pump is switched on when the retarder is operated, so that the heat additionally generated in the retarder can still be dissipated safely, ie with the aid of this further coolant pump in combination with the speed-controlled coolant pump sufficient cooling of the engine is guaranteed.
Selbstverständlich ist es in einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung auch möglich, daß die weitere Kühlmittelpumpe, die motordrehzahlabhängig, oder aber fahrgeschwiπdigkeitsabhängig betrieben wird, in ihremOf course, in an alternative embodiment of the invention it is also possible for the further coolant pump, which is operated as a function of engine speed or as a function of driving speed, to be operated in its
Leistungsvermögen so bemessen wird, daß sie die für eine ausreichende Kühlung des Motors benötigte Grundleistung in allen Betriebszuständen zur Verfügung stellt. Die drehzahlgeregelte Kühlmittelpumpe wird dann nur bei zugeschaltetem Retarder betrieben und zwar genau derart, daß am Motor die zuvor bereits erwähnte maximale Motortemperatur nicht überschritten wird. AlsCapacity is measured so that it provides the basic power required for sufficient cooling of the engine in all operating states. The speed-controlled coolant pump is then operated only when the retarder is switched on, in such a way that the maximum engine temperature mentioned above is not exceeded on the engine. As
Kühlmittel gelangt in der Regel Wasser mit den entsprechenden Frostschutzmitteln zum Einsatz.Coolant is usually water with the appropriate antifreeze.
Der Retarder kann sowohl ein Primärretarder, also ein Retarder, dessen Drehzahl motordrehzahlabhängig ist, oder aber auch ein Sekundärretarder, dessen Drehzahl fahrgeschwindigkeitsabhängig ist, sein. Selbstverständlich ist es möglich, daß das Kühlmittel gleichzeitig als Arbeitsmittel des Retarders dient. Die Erfindung soll aber auch den Fall umfassen, daß das Kühlmittel des Motors nicht zugleich Arbeitsmittel des Retarders ist, sondern lediglich beispielsweise durch einen Wärmetauscher geleitet wird und von dort dieThe retarder can be both a primary retarder, that is to say a retarder, the speed of which is dependent on the engine speed, or else a secondary retarder, the speed of which is dependent on the driving speed. Of course, it is possible that the coolant also serves as the working medium of the retarder. However, the invention is also intended to include the case that the coolant of the engine is not at the same time the working medium of the retarder, but is merely passed, for example, through a heat exchanger and from there the
Wärme, die im Bremsbetrieb im Retarder erzeugt wird, aufnimmt.Heat which is generated in the retarder during braking operation.
Zur Bestimmung der Motortemperatur weist die Antriebseinheit beispielsweise einen Temperatursensor, der zur Bestimmung der Motortemperatur eingesetzt wird und in der Regel am Motor angebracht ist, auf. Dieser Sensor liefert dann ein Temperatursignal an die Regelvorrichtung, die die drehzahlgeregelte Kühlmittelpumpe in Bezug auf ihre Fördermenge entsprechend ansteuert.To determine the engine temperature, the drive unit has, for example, a temperature sensor which is used to determine the engine temperature and is generally attached to the engine. This sensor delivers then a temperature signal to the control device, which controls the speed-controlled coolant pump in relation to its delivery rate.
Besonders bevorzugt ist es, die Pumpe im Kühlmittelkreislauf mit einer separaten Ansteuerung, beispielsweise zum Inbetriebnehmen und Außerbetriebnehmen, zu versehen.It is particularly preferred to provide the pump in the coolant circuit with a separate control, for example for commissioning and decommissioning.
Die Erfindung soll nunmehr anhand der Zeichnungen beispielhaft beschrieben werden.The invention will now be described by way of example with reference to the drawings.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Antriebseinheit. Fig. 2 eine erfindungsgemäße Antriebseinheit mit einer weiteren Kühlmittelpumpe repräsentativ für Ausführungsformen mit mehrerenFig. 1 shows a drive unit according to the invention. Fig. 2 shows a drive unit according to the invention with a further coolant pump representative of embodiments with several
Kühlmittelpumpen. Fig. 3 eine alternative Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 2.Coolant pumps. 3 shows an alternative embodiment of the invention according to FIG. 2.
In Figur 1 ist eine Antriebseinheit bestehend aus einem Motor 1 sowie einem Kühlkreisiauf 3 dargestellt. Der Kühlkreislauf 3 umfaßt einen Kühler 5, eineFIG. 1 shows a drive unit consisting of a motor 1 and a cooling circuit 3. The cooling circuit 3 comprises a cooler 5, one
Kühlmittelpumpe 7, die als drehzahlgeregelte Kühlmittelpumpe ausgelegt ist, sowie einen Ausgleichsbehälter 9, der pumpensaugseitig immer für einen ausreichenden Überdruck sorgt. Des weiteren ist in dem Kühlkreislauf ein Umschaltventil 11 sowie ein Retarder 13 vorgesehen. Die Erfindung beschränkt sich aber keinesfalls nur auf solche Ausführungsformen, bei denen im Kühlmittelkreislauf ein Retarder angeordnet ist. Die Erfindung ist auch anwendbar, wenn nur eine Motorkühlung mittels eines Kühlkreislaufes und einer drehzahlgeregelten Kühlmittelpumpe vorgesehen ist.Coolant pump 7, which is designed as a speed-controlled coolant pump, and an expansion tank 9, which always ensures sufficient overpressure on the pump suction side. Furthermore, a changeover valve 11 and a retarder 13 are provided in the cooling circuit. However, the invention is in no way limited to only those embodiments in which a retarder is arranged in the coolant circuit. The invention is also applicable if only engine cooling by means of a cooling circuit and a speed-controlled coolant pump is provided.
Am Kühler führt eine Bypassleitung 40 vorbei, die sich im Punkt 42 verzweigt.A bypass line 40 leads past the cooler and branches at point 42.
Im Punkt 42 ist ein Umschaltventil 44 angeordnet, das als 3/2-Wege Ventil ausgelegt sein kann. Das 3/2-Wege-Ventil hat die Funktion den Kühlmittelstrom so zu steuern ,daß er entweder durch den Kühler oder aber durch die Bypassleitung 40 am Kühler vorbei geführt werden kann. In einer Betriebsphase mit hoher Wärmeabfuhr steuert das 3/2-Wege-Ventil den Kühlstrom teilweise oder größtenteils zum Kühler 5. In der Phase geringer Wärmeabführung steuert das 3/2-Wege-Umschaltventil 44 das Kühlmittel über die Bypassleitung zum Motor 1 bzw zur Pumpe 7. Das 3/2- Wege-Ventil kann als Dehnstoffregelventil ausgeführt sein oder als elektrisches oder pneumatische stetig regelndes Ventil.At point 42, a changeover valve 44 is arranged, which is a 3/2-way valve can be designed. The 3/2-way valve has the function of controlling the coolant flow in such a way that it can be led past the cooler either through the cooler or through the bypass line 40. In an operating phase with high heat dissipation, the 3/2-way valve controls the cooling flow partially or largely to the cooler 5. In the phase of low heat dissipation, the 3/2-way switch valve 44 controls the coolant via the bypass line to the engine 1 or to the pump 7. The 3/2-way valve can be designed as an expansion control valve or as an electrical or pneumatic continuously regulating valve.
Der Kühler kann mittels eines Lüfters 15 unterstützt werden. Der Motor 1 weist in vorliegendem Fall als Mittel zur Bestimmung der Temperatur einen Temperatursensor 20 auf. Selbstverständlich können auch mehrere Temperatursensoren an verschiedenen Stellen des Motors oder auch in der Kühlmittelleitung, beispielsweise in der die vom Motor wegführt, positioniert werden. Über die Signalleitung 22 wird einer Regelvorrichtung 24 ein Temperatursignal zugeführt, das die jeweils aktuelle Motortemperatur repräsentiert. Selbstverständlich ist es beispielsweise mit mehreren Temperatursensoren möglich, der Regelvorrichtung 24 eine Vielzahl von Temperatursignalen zuzuleiten und zur Bestimmung des Temperatur-The cooler can be supported by a fan 15. In the present case, the motor 1 has a temperature sensor 20 as a means for determining the temperature. Of course, several temperature sensors can also be positioned at different locations on the engine or in the coolant line, for example in the direction away from the engine. A temperature signal, which represents the current engine temperature, is fed to a control device 24 via the signal line 22. Of course, it is possible, for example, with a plurality of temperature sensors to supply a plurality of temperature signals to the control device 24 and to determine the temperature
Istwertes, die als Führungsgröße in vorliegendem Regelkreis dient, eine Mittelung über eine Vielzahl von Temperatursignalen vorzunehmen. In der Regelvorrichtung 24 selbst ist ein für den Motor maximaler Temperaturwert als Sollwert für den Regelkreis abgelegt. Es ist möglich, daß dieser maximale Temperatur-Sollwert ein einziger Wert für alle Betriebszustände des Motors ist.Actual value, which serves as a reference variable in the present control loop, to be averaged over a large number of temperature signals. A maximum temperature value for the motor is stored in the control device 24 itself as a setpoint for the control circuit. It is possible that this maximum temperature setpoint is a single value for all operating states of the engine.
Ebenso kann ein Wert, der dem Lastzustand des Motors folgt auf die Pumpend rehzahlregelung direkt einwirken, d.h. die Pumpenregelung ist nicht nur alleine von dem Temeperatursollwert abhängig. Die Erkennung des Lastzustandes kann einem Drehmomentsensor oder der Regeleinheit für den Motor entnommen werden. Es sind nun verschiedene Regelalgorithmen denkbar. So kann die drehzahlgeregelte Kühlmittelpumpe 7 mit einer bestimmten konstanten Drehzahl betrieben werden und die Regelung greift nur dann ein, wenn die Motortemperatur den vorgegebenen maximalen Temperaturwert überschreitet. Es wird dann πachgeregelt, d. h. die Fördermeπge erhöht.Likewise, a value that follows the load state of the motor can have a direct effect on the pump speed control, ie the pump control is not solely dependent on the temperature setpoint. The detection of the load state can be found in a torque sensor or the control unit for the motor. Various control algorithms are now conceivable. So the speed-controlled coolant pump 7 with a certain constant speed are operated and the control only intervenes when the motor temperature exceeds the predetermined maximum temperature value. It is then readjusted, ie the delivery rate is increased.
In einer Fortbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, mittels der drehzahlgeregelten Pumpe die Kühimittelmenge, die durch den Motor gefördert wird, immer gerade so zu bemessen, daß der Motor an der maximal zulässigen Kühlmitteltemperatur gefahren wird, d. h. die Kühlmittelpumpe wird in ihrer Drehzahl sowohl bei Abweichungen zu höheren wie auch zu niedrigeren Temperaturen, als der vorgegebenen Solltemperatur mittels der Regelvorrichtung 24 geregelt. Auf diese Art und Weise wird sichergestellt, daß im Kühlkreislauf immer nur genau die Fördermenge umläuft, die zur Erreichung der Motorsollwert-Temperatur erforderlich ist. Hierzu ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kühlmittelpumpe 7 drehzahlgeregelt ist, das bedeutet, ihre Fördermenge von der Drehzahl mit der sie umläuft, direkt abhängt.In a further development of the invention it can be provided that the amount of coolant that is conveyed by the engine is always measured by means of the speed-controlled pump so that the engine is run at the maximum permissible coolant temperature, i. H. The speed of the coolant pump is regulated by means of the control device 24 both in the event of deviations from higher and lower temperatures than the predetermined target temperature. In this way, it is ensured that the cooling circuit always circulates only the quantity that is required to reach the engine setpoint temperature. For this purpose, it is particularly advantageous if the coolant pump 7 is speed-controlled, which means that its delivery rate is directly dependent on the speed at which it rotates.
Durch die in Fig. 1 dargestellte am Wasserkreislauf angeordnete Regelvorrichtung gemäß der Erfindung, die mit dem erfindungsgemäßenBy the control device shown in FIG. 1 arranged on the water circuit according to the invention, which with the invention
Verfahren arbeitet, ist sichergestellt, daß die Fördermenge sowohl im Bypassbetrieb, d. h. wenn die Kühlmittelflüssigkeit durch Umschaltung des Umschaltventiies 11 im Bypass 26 am Retarder 13 vorbeigeleitet wird wie auch im Fall der Zuschaltung des Retarders 13 stets ausreichend ist, um eine genügende Motorkühlleistung zur Verfügung zu stellen. Als Vorteil gegenüber dem bislang verwendeten Kühlmittelpumpen kann aber ein erhebliches Einsparpotential genutzt werden, da bei abgeschaltetem Retarder die Fördermenge der Wasserpumpe 7 wesentlich niedriger ausfällt, wodurch eine Kraftstoff ei nsparung erzielt werden kann. In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei in dem Kühlkreislauf neben der drehzahlgeregelten Pumpe 7 im Kühlkreisiauf eine weitere Pumpe 30 vorgesehen ist. Die Pumpe 30 ist in dieser Ausführungsform vor dem Schaltventil 11 für den Bypass 26 angeordnet. Für gleiche Aggregate wie in Fig. 1 werden in Fig. 2 wiederum gleicheProcess works, it is ensured that the delivery rate both in the bypass mode, ie when the coolant liquid bypassing the Umschaltventiies 11 in the bypass 26 bypasses the retarder 13 as well as in the case of the activation of the retarder 13 is always sufficient to provide sufficient engine cooling capacity put. As an advantage over the previously used coolant pumps, however, considerable savings potential can be used, since when the retarder is switched off, the delivery rate of the water pump 7 turns out to be significantly lower, as a result of which fuel savings can be achieved. 2 shows a further embodiment of the invention, in which a further pump 30 is provided in the cooling circuit in addition to the speed-controlled pump 7 in the cooling circuit. In this embodiment, the pump 30 is arranged upstream of the switching valve 11 for the bypass 26. For the same aggregates as in FIG. 1, the same ones in FIG. 2 are again used
Bezugszeichen gewählt.Reference number chosen.
Der Vorteil der Ausbildung gemäß Fig. 2 ist darin zu sehen, daß die drehzahlgeregelte Pumpe 7, die von der Regelvorrichtung 24 in Abhängigkeit der über den Sensor 20 aufgenommenen Motortemperatur geregelt wird, in ihrer Fördermenge sehr gering ausgelegt werden kann, da im Kühlkreislauf eine weitere Pumpe 30 vorgesehen ist, die in vorliegendem Ausführungsbeispiel fahrgeschwindigkeitsabhängig betrieben wird und für eine Gruπdfördermenge im Kühlkreislauf sorgt. Die Pumpe 30 ist so dimensioniert, daß sie bei nicht betriebenem Retarder, d. h. in dem Zustand, in dem das Kühlmittel am Retarder durch die Bypassleitung 26 vorbei gelenkt wird, ausreichend ist, um die für die Motorkühlung benötigte Pumpieistung zur Verfügung zu stellen. Wird nunmehr Kühlmittel als Arbeitsmedium durch den Retarder 13 geleitet und dieses durch den im Betrieb befindlichen Retarder weiter mit Wärme belastet, so reicht die Fördermenge der Pumpe 30 nicht mehr aus, um die maximale, zulässige Motortemperatur einzuhalten. In diesem Fall wird die Regelung ansprechen und die Regelvorrichtung die drehzahigeregelte Pumpe 7 in Betrieb setzen, die dann genau mit einer solchen Drehzahl betrieben wird, daß eine zusätzliche Fördermenge zur Verfügung gestellt wird, um eine unzulässige Erwärmung des Motors zu verhindern. Die Regelvorrichtuπg arbeitet wiederum wie bei Fig. 1 beschrieben, d. h. bei Abweichungen von einem vorgegebenen Motortemperatur-Sollwert wird die Drehzahl der Pumpe 7 solange entsprechend eingestellt, bis diese vorgegebene Sollwert-Motortemperatur erreicht ist. Wie oben gesagt, erlaubt es die Regelung, den Kühlmittelkreislauf immer gerade so zu fahren, daß sich der Motor nahe an der maximal zulässigen Temperatur befindet. Dies hat, wie bereits oben aufgezeigt, eine erhebliche Kraftstoffeinsparung zur Folge.The advantage of the design according to FIG. 2 can be seen in the fact that the speed-controlled pump 7, which is regulated by the control device 24 as a function of the engine temperature recorded via the sensor 20, can be designed to be very small in terms of its delivery rate, since a further one is present in the cooling circuit Pump 30 is provided, which in the present exemplary embodiment is operated as a function of vehicle speed and provides a basic delivery rate in the cooling circuit. The pump 30 is dimensioned such that when the retarder is not operated, ie in the state in which the coolant is directed past the retarder through the bypass line 26, it is sufficient to provide the pumping power required for the engine cooling. If coolant is now passed through the retarder 13 as the working medium and this is further loaded with heat by the retarder in operation, the delivery rate of the pump 30 is no longer sufficient to maintain the maximum permissible engine temperature. In this case, the control will respond and the control device will activate the speed-controlled pump 7, which will then be operated at precisely such a speed that an additional delivery quantity is made available in order to prevent an inadmissible heating of the motor. The control device in turn operates as described in FIG. 1, ie in the event of deviations from a specified motor temperature setpoint, the speed of the pump 7 is set accordingly until this specified setpoint motor temperature is reached. As stated above, the control allows the coolant circuit to always run just so that the engine is close to the maximum permissible temperature. As already shown above, this results in considerable fuel savings.
In einer in Fig. 3 dargestellten dritten Ausführungsform werden wiederum für gleiche Aggregate dieselben Bezugsziffern wie schon in Fig. 1 und 2 verwendet. Nunmehr ist die weitere Pumpe 30 hinter dem Umschaltventil 11 unmittelbar vor dem Retarder 13 angeordnet. Die Grundlast zur Kühlmittelförderung übernimmt jetzt die drehzahlgeregelte Pumpe 7. Sie wird wiederum in Abhängigkeit von der Motortemperatur mittels der Regelvorrichtung 24 angesteuert und zwar derart, daß in Abhängigkeit vom vorgegebenen Sollwert und der Abweichung des Istwertes hiervon die drehzahlgeregelte Pumpe angesteuert wird. Die drehzahlgeregelte Pumpe kann in ihrer Fördermenge sehr gering ausgelegt werden, da sie nur die im Kühlmittelskreisiauf ohne zugeschalteten Retarder anfallende Wärme abtransportieren muß. Wird nun der Retarder zugeschaltet, so wird auch die weitere Pumpe 30 zugeschaltet und die zur Kühlung erforderliche höhere Fördermenge hierdurch zur Verfügung gestellt. Im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß Fig. 2 wird also in dieser Ausführungsform die zusätzliche Kühlmittelmenge, die zur Reduktion der Wärmebelastung, die durch Zuschaltung des Retarders entsteht, von der weiterenIn a third embodiment shown in FIG. 3, the same reference numbers as in FIGS. 1 and 2 are again used for the same units. Now the further pump 30 is arranged behind the changeover valve 11 immediately before the retarder 13. The basic load for the coolant delivery is now taken over by the speed-controlled pump 7. It is in turn controlled as a function of the engine temperature by means of the control device 24 in such a way that the speed-controlled pump is controlled as a function of the specified setpoint and the deviation of the actual value. The speed-controlled pump can be designed to be very low in terms of its delivery rate, since it only has to remove the heat generated in the coolant circuit without the retarder being switched on. If the retarder is now switched on, the additional pump 30 is also switched on and the higher delivery rate required for cooling is thereby made available. In contrast to the embodiment according to FIG. 2, in this embodiment the additional amount of coolant that is used to reduce the heat load that arises from the activation of the retarder is then further increased
Kühlmittelpumpe 30 gefördert.Coolant pump 30 promoted.
Sowohl gemäß der Ausführungsform nach Fig. 2 wie auch nach Fig. 3 kann die Regelvorrichtung zusätzlich über eine Signalleitung 32 mit dem Umschaltventil 11 verbunden sein, um hierüber ein Zustandssignal zugeführt zu bekommen, das Auskunft darüber gibt, ob das Kühlmittel durch den Retarder oder über den Bypass an diesem vorbeigeleitet wird. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist es dann beispielsweise möglich, die Regelung mittels der Regelvorrichtung 24 nur dann zu aktivieren, wenn auf der Signalleitung 32 ein Zustandssignal anliegt, das angibt, das Kühlmittel durch den Retarder geleitet wird und dort als Arbeitsmedium dient. Der Antrieb der drehzahlgeregelten Pumpen 7 kann mittels eines Elektromotores, der wiederum an den elektrischen Stromkreis des Fahrzeuges angeschlossen ist, betrieben werden. Die Ansteuerung der hierfür beispielsweise in Frage kommenden Elektromotoren sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik, siehe hierzu beispielsweise "Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 18. Auflage, 1995, Seiten V18 - V51" bekannt.Both in the embodiment according to FIG. 2 and also according to FIG. 3, the control device can additionally be connected to the changeover valve 11 via a signal line 32 in order to receive a status signal, which provides information about whether the coolant is through the retarder or via the bypass is bypassed. In the embodiment according to FIG. 2, it is then possible, for example, to activate the control by means of the control device 24 only when a status signal is present on the signal line 32, which indicates that the coolant is passed through the retarder and serves there as the working medium. The drive of the speed-controlled pumps 7 can be operated by means of an electric motor, which in turn is connected to the electrical circuit of the vehicle. The control of the electric motors that are suitable for this purpose, for example, are known to the person skilled in the art from the prior art, see, for example, "Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 18th edition, 1995, pages V18-V51".
Selbstverständlich können neben dem Ausführungsbeispiel mit den dargestellten zwei Kühlmittelpumpen mehrere Kühlmittelpumpen vorgesehen sein, wovon eine oder mehrere drehzahlgeregelte Kühlmittelpumpen sind. Of course, in addition to the exemplary embodiment with the two coolant pumps shown, a plurality of coolant pumps can be provided, one or more of which are speed-controlled coolant pumps.

Claims

Patentansprüche claims
1. Antriebseinheit mit einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe sowie einem Kühlkreislauf umfassend ein Kühlmittel zur Kühlung des1. Drive unit with an internal combustion engine and a transmission and a cooling circuit comprising a coolant for cooling the
Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, daß zur Förderung des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf mindestens eine drehzahlgeregelte Kühlmittelpumpe angeordnet ist.Internal combustion engine, characterized in that at least one speed-controlled coolant pump is arranged to convey the coolant in the coolant circuit.
2. Antriebseinheit gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die2. Drive unit according to claim 1, characterized in that the
Antriebseinheit Mittel zur Bestimmung der Motortemperatur sowie eine Regelvorrichtung zur Regelung der Fördermenge der drehzahlgeregelten Kühlmittelpumpe in Abhängigkeit von der ermittelten Motortemperatur umfaßt.Drive unit comprises means for determining the engine temperature and a control device for controlling the delivery rate of the speed-controlled coolant pump as a function of the determined engine temperature.
3. Antriebseinheit gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit des weiteren einen Retarder umfaßt.3. Drive unit according to one of claims 1 or 2, characterized in that the drive unit further comprises a retarder.
4. Antriebseinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Retarder vom Kühlmedium durchströmt wird.4. Drive unit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the retarder is flowed through by the cooling medium.
5. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Retarder ein Sekundärretarder ist.5. Drive unit according to one of claims 3 or 4, characterized in that the retarder is a secondary retarder.
6. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Retarder ein Primärretard er ist. 6. Drive unit according to one of claims 3 or 4, characterized in that the retarder is a primary retarder.
7. Antriebseinheit gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aπtriebseinheit des weiteren ein Umschaltventil umfaßt.7. Drive unit according to one of claims 4 to 6, characterized in that the drive unit further comprises a changeover valve.
8. Antriebseinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelkreislauf neben der mindestens einen drehzahlgeregelten Kühlmittelpumpe mindestens eine weitere Kühlmittelpumpe umfaßt.8. Drive unit according to one of claims 1 to 7, characterized in that the coolant circuit comprises at least one further coolant pump in addition to the at least one speed-controlled coolant pump.
9. Antriebseinheit gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine weitere Kühlmittelpumpe motordrehzahlabhängig angetrieben wird.9. Drive unit according to claim 8, characterized in that the at least one further coolant pump is driven depending on the engine speed.
10. Antriebseinheit gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine weitere Kühlmitteipumpe fahrgeschwindigkeitsabhängig angetrieben wird.10. Drive unit according to claim 8, characterized in that the at least one further coolant pump is driven depending on the vehicle speed.
11. Antriebseinheit gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine weitere Kühlmittelpumpe retarderdrehzahlabhängig angetrieben wird.11. Drive unit according to claim 8, characterized in that the at least one further coolant pump is driven depending on the retarder speed.
12. Antriebseinheit gemäß einem der Ansprüche 3 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine drehzahlgeregelte Kühlmittelpumpe in ihrem Leistungsvermögen derart ausgelegt ist, daß sie eine ausreichende12. Drive unit according to one of claims 3 to 11, characterized in that the at least one speed-controlled coolant pump is designed in its performance such that it is sufficient
Kühlung des Motor bei abgeschaltetem Retarder gewährleistet.Cooling of the motor guaranteed with the retarder switched off.
13. Antriebseinheit gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine weitere Kühlmittelpumpe in ihrem Leistungsvermögen so bemessen ist, daß sie eine ausreichende Kühlung des Motors bei abgeschaltetem Retarder gewährleistet.13. Drive unit according to one of claims 8 to 12, characterized in that the performance of the at least one further coolant pump is dimensioned such that it ensures adequate cooling of the engine when the retarder is switched off.
14. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium des Kühlmittelkreislaufes Wasser bzw. ein Wassergemisch ist.14. Drive unit according to one of claims 1 to 13, characterized in that the cooling medium of the coolant circuit is water or a water mixture.
15. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung einen Regelalgorythmus umfaßt, der die drehzahlgeregelte Kühlmittelpumpe derart ansteuert, daß die Fördermenge immer so bemessen ist, daß ein vorgegebener Temperaturmaximalwert des Motors nicht überschritten wird.15. Drive unit according to one of claims 2 to 14, characterized in that the control device comprises a control algorithm which controls the speed-controlled coolant pump in such a way that the delivery rate is always dimensioned such that a predetermined maximum temperature value of the engine is not exceeded.
16. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkreislauf eine Bypassleitung, die am Kühler vorbeiführt, umfaßt. 16. Drive unit according to one of claims 2 to 15, characterized in that the cooling circuit comprises a bypass line which leads past the cooler.
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