EP2932060A1 - Kühlmittelkreislauf für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Kühlmittelkreislauf für eine brennkraftmaschine

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EP2932060A1
EP2932060A1 EP13798600.6A EP13798600A EP2932060A1 EP 2932060 A1 EP2932060 A1 EP 2932060A1 EP 13798600 A EP13798600 A EP 13798600A EP 2932060 A1 EP2932060 A1 EP 2932060A1
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EP
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coolant
circuit
temperature circuit
low
temperature
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Georg Chekaiban
Andreas Klemm
Rainer Richter
Ulrich Wirth
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Bayerische Motoren Werke AG
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/0406—Layout of the intake air cooling or coolant circuit
    • F02B29/0437—Liquid cooled heat exchangers

Definitions

  • the invention relates to a coolant circuit for an internal combustion engine with the features of the preamble of patent claim 1.
  • a cooling system for vehicles with internal combustion engines which comprises a plurality of cooling circuits with these associated heat exchangers, of which the first is intended for cooling the engine coolant, a second for cooling the engine lubricant and a third for cooling the charge air.
  • temperature sensors are arranged, which are connected to an electrical switching device. The switching device communicates with actuators that control the performance of the heat exchangers in response to the signals from the temperature sensors.
  • the cooling system is characterized in that a first control unit, which comprises at least one microprocessor, is provided, by which the Kühffeistungsbedart the individual cooling circuits in response to the signals of the temperature sensor can be determined and each coolant circuit associated with actuating means for individually influencing the performance of the respective heat exchanger.
  • a first control unit which comprises at least one microprocessor
  • each coolant circuit associated with actuating means for individually influencing the performance of the respective heat exchanger.
  • Object of the present invention is ' to show a measure that avoids the above-mentioned disadvantages.
  • the intercooler and the condenser being arranged in the low-temperature circuit.
  • the intercooler and the condenser are arranged according to claim 2 in the low-temperature circuit parallel to each other, d. h., They are flooded in parallel by the coolant.
  • valves in the flow direction of a coolant upstream of the intercooler, a first valve and / or arranged before the condenser, a second valve.
  • the valves may also be arranged behind the charge air cooler and / or the condenser, or a mixed form of the arrangements.
  • the valves are regulated or controlled according to claim 5 operable.
  • the second Riehimiieipumpe is preferred according to claim 6 in their speed operated, for optimal efficiency.
  • B M regulated requires the charge air cooling capacity.
  • Fig. 1 shows a block diagram of a kuhischnikank invention for an internal combustion engine
  • Fig. 1 shows a block diagram of a kuhiffennikank invention for an internal combustion engine 1 with a compression machine 2, in the present embodiment, a compressor of a Abgasturboiaders for compressing an intake air for the internal combustion engine.
  • a compression machine 2 in the present embodiment, a compressor of a Abgasturboiaders for compressing an intake air for the internal combustion engine.
  • a compressor of a Abgasturboiaders for compressing an intake air for the internal combustion engine.
  • it can also be a mechanical loader.
  • the entire coolant circuit consists of a high-temperature circuit 3 and a low-temperature circuit 4.
  • ademlttelkühler 5 and a first, arranged in the high-temperature circuit 3 coolant pump 6 are provided in the high-temperature circuit 3 for cooling the internal combustion engine 1.
  • the Voriauftemperatur can regulate or control the internal combustion engine.
  • a flow direction of the coolant is shown schematically in the entire FIG. 1 with arrowheads.
  • a blower 13 is further provided.
  • the low-temperature circuit 4 a second coolant pump 7 and a seconddemrttelkühler 12 for cooling the compressed air from the compression machine 2 by means of a charge air cooler 8 on. Furthermore, the low-temperature circuit 4 has a condenser 9 for cooling a refrigerant of a refrigerant circuit for air conditioning of a passenger compartment.
  • the high-temperature circuit 3 and the low-temperature circuit 4 are separate circuits. Furthermore, the charge air cooler 8 and the condenser 9 are arranged in the low-temperature circuit 4 parallel to each other, d. h., They are flooded in parallel by the coolant.
  • a first valve 10 and 4 in front of the condenser 9 a second valve 11 is provided in the Niedertem- peraturniklauf 4 in the flow direction of the coolant before the charge air cooler 8.
  • the valves 10, 11 may also be arranged behind the condenser 9 or the intercooler 8 or mixed.
  • the valves 10, 11 controlled or controlled by an electronic control device, not shown, such as an engine control unit, operable.
  • the second coolant pump 7 can also be operated on demand by the control unit in its rotational speed, that is to say at high cooling temperatures. tion requirement is a high speed and low cooling demand, a low speed of the seconddemitteipumpe 7 is set.
  • the second coolant pump 7 may be, for example, an electric coolant pump.
  • the second coolant radiator 12 in the flow direction of an air, shown schematically by three thick arrows, in front of the coolant radiator 5 is arranged. In other embodiments, they may also be arranged partially overlapping or next to each other.
  • Internal combustion engine 1 represent the following operating cases:

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Abstract

Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine mit einer Kompressionsmaschine für eine Ansaugluft, bestehend aus einem Hochtemperaturkreislauf und einem Niedertemperaturkreislauf, wobei der Hochtemperaturkreislauf zur Kühlung der Brennkraftmaschine mittels ' lühlmitteikühlers und einer ersten, in dem Hochtemperaturkreislauf angeordneten Kühlmittelpumpe vorgesehen ist, wobei der Niedertemperaturkreislauf mit einer zweiten Kühlmittelpumpe zur Kühlung der von der Kompresslonsmaschine komprimierten Ansaugluft mittels eines Ladeluftkühlers und zur Kühlung eines Kältemittels eines KältemitteJkrelslaufes in einem Kondensator vorgesehen ist, wobei der Hochtemperaturkreislauf und der Niedertemperaturkreislauf voneinander getrennte Kühlkreisläufe sind. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird die thermische Grundlast des Niedertemperaturkreislaufes reduziert, wodurch das Druckniveau im Kältemittelkreislauf reduziert werden kann, mit der positiven Folge einer Reduzierung des Energieverbrauchs.

Description

Kühlmittelkreislauf für ein« Brennkrsftmaschine
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Sie geht von der deutschen Offenlegungsschrift DE 41 04093 A1 aus. Aus dieser Offenlegungsschrift ist eine Kühlanlage für Fahrzeuge mit Brennkraftmaschinen bekannt, die mehrere Kühlkreisläufe mit diesen zugeordneten Wärmetauschern umfasst, von denen der erste zur Kühlung des Motorkühlmittels, ein zweiter zur Kühlung des Motorschmiermittels und ein dritter zur Kühlung der Ladeluft bestimmt ist. In den jeweiligen Kühlkreisläufen sind Temperaturfühler angeordnet, die mit einer elektrischen Schalteinrichtung verbunden sind. Die Schalteinrichtung steht mit Betätigungselementen in Verbindung, die die Leistung der Wärmetauscher in Abhängigkeit der Signale der Temperaturfühler steuert. Die Kühlanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Steuereinheit, die mindestens einen Mikroprozessor umfasst, vorgesehen ist, durch die der Kühffeistungsbedart der einzelnen Kühlkreisläufe in Abhängigkeit der Signale der Temperaturfühler bestimmbar ist und jedem Kühlmittelkreislauf Betätigungsmittel zur individuellen Beeinflussung der Leistung des betreffenden Wärmetauschers zugeordnet sind. Der bekannte Stand der Technik hat den Nachteil, dass parasitäre Wärmeströme aus dem Motorraum des Fahrzeuges und einer Abgasturboladereinheit den Niedertemperaturkreislauf auch in Niedriglastphasen aufheizen. Dies führt zu einem zu hohen Temperaturniveau in jedem 'Temperaturkreislauf. Die Folge ist unter anderem ein zu hoher Energieverbrauch im Klimasystem zur Temperierung einer Fahrgastzelie.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist 'es, eine Maßnahme aufzuzeigen, mit der oben genahnte Nachteile vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den Niedertemperaturkreislauf vollständig von dem Hochtemperaturkreislauf zu trennen, wobei im Niedertem- peraturkreislauf der Ladeluftkühler und der Kondensator angeordnet sind.
Es wird somit eine vollständige Trennung des Hochtemperaturkrefelaufes für das Kühlmittel der Brennkraftmaschine und des Niedertemperaturkreislaufes für die indirekte Ladeluftkühlung und die Klimatisierung einer Fahrgastzelte erzielt.
Bevorzugt sind der Ladeluftkühler und der Kondensator gemäß Patentanspruch 2 in dem Niedertemperaturkreislauf parallel zueinander angeordnet, d. h., sie werden parallel von dem Kühlmittel durchflutet.
Weiter ist gemäß den Patentansprüchen 3 und 4 in Strömungsrichtung eines Kühlmittels vor dem Ladeluftkühler ein erstes Ventil und/oder vor dem Kondensator ein zweites Ventil angeordnet. Somit ergeben sich in vorteilhafter Weise mehrere, unten in einer Tabelle aufgeführte Synergieeffekte. In einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Ventile auch hinter dem Ladeluftkühler und/oder dem Kondensator angeordnet sein, oder eine Mischform der Anordnungen. Bevorzugt sind die Ventile gemäß Patentanspruch 5 geregelt oder gesteuert betreibbar.
Desweiteren ist die zweite Kühimiieipumpe gemäß Patentanspruch 6 bevorzugt bedarfsgerecht in ihrer Drehzahl betreibbar, für einen optimalen Wirkungsgrad.
Mit dem erfindungsgemißen Kühimittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine lassen sich nun in vorteilhafter Weise abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine (BICH) folgende Betriebsfälle darsteilen:
BetriebsZweite Erstes Zweites Kommentar:
punkt der KühlmittelVentil: Ventil:
BKM: pumpe:
z. B.: bedarfsgezu auf Hohe Klimaanforderun¬
Leerlauf recht gen im Leerlauf, z. B. im geregelt Stop-and-Go-Verkehr bei hoher Außentemperatur. In diesem Fall Erhöhung Kühlmittelstrom über , Kondensator und Reduzierung Kühlung der Ladeluft, ggf. Taktung der Ventile.
z. B.: bedarfsgeauf zu Hohe Anforderung an
Voltlast auf recht Ladeluftkühlung bei der Autobahn geregelt gleichzeitig wenig Kühlbedarf der Klimatisierung, z. B. bei moderaten Außentemperaturen und forcierter Fahrweise
(z. i. Autobahn, dynamische Bergfahrt, etc.).
Max. Klima- bedarfsgeauf auf Forcierte Fahrweise, und recht damit hoher Kühlungsmax. B M- geregelt bedarf des LadeluftkühLeistung lers.
Gleichzeitig hohe Außentemperatur und hoher Klimatisierungsbe- darf.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kühlmittelkreislaufs werden parasitäre Wärmeeinträge reduziert und damit die thermische Grundlast im Niedertemperaturkreislauf reduziert. Dies führt zur Reduzierung des Druckniveaus im Kältekreislauf mit der Folge der positiven Reduzierung des gesamten Energieverbrauches.
Im Folgenden ist der erfindungsgemäße Kühimittelkreislauf in einer einzigen Figur näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild von einem erfindungsgemäßen Kühimittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild von einem erfindungsgemäßen Kühimittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine 1 mit einer Kompressionsmaschine 2, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Verdichter eines Abgasturboiaders zur Komprimierung einer Ansaugluft für die Brennkraftmaschine. Selbstverständlich kann es sich auch um einen mechanischen Lader handeln.
Der gesamte Kühimittelkreislauf besteht aus einem Hochtemperaturkreislauf 3 und einem Niedertemperaturkreislauf 4. Hierbei sind in dem Hochtemperaturkreislauf 3 zur Kühlung der Brennkraftmaschine 1 ein Kühlmlttelkühler 5 und eine erste, in dem Hochtemperaturkreislauf 3 angeordnete Kühlmittelpumpe 6 vorgesehen. Mit Hilfe eines Thermostatventiis 14 lässt sich die Voriauftemperatur In die Brennkraftmaschine regeln bzw. steuern. Eine Strömungsrichtung des Kühlmittels ist in der gesamten Fig. 1 schematisch mit Pfeilspitzen dargestellt. Um die Kühlwirkung des Kühlmittelkühlers 5 zu verbessern ist weiter ein Gebläse 13 vorgesehen.
Weiter weist der Niedertemperaturkreislauf 4 eine zweite Kühlmittelpumpe 7 sowie einen zweiten Kühlmrttelkühler 12 zur Kühlung der von der Kompressionsmaschine 2 komprimierten Ansaugluft mittels eines Ladeluftkühlers 8 auf. Femer weist der Niedertemperaturkreislauf 4 zur Kühlung eines Kältemittels eines Kältemittelkreislaufes für eine Klimatisierung einer Fahrgastzelle einen Kondensator 9 auf.
Erfindungsgemäß sind der Hochtemperaturkreislauf 3 und der Niedertempe- raturkreislauf 4 voneinander getrennte Kreisläufe. Desweiteren sind der Ladeluftkühler 8 und der Kondensator 9 in dem Niedertemperaturkreislauf 4 parallel zueinander angeordnet, d. h., sie werden parallel von dem Kühlmittel durchflutet. In dem vorliegenden Ausführungsbetspiel ist in dem Niedertem- peraturkreislauf 4 in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor dem Ladeluftkühler 8 ein erstes Ventil 10 und 4 vor dem Kondensator 9 ein zweites Ventil 11 vorgesehen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Ventile 10, 11 auch hinter dem Kondensator 9 oder dem Ladeluftkühler 8 oder gemischt angeordnet sein. Bevorzugt sind die Ventile 10, 11 geregelt oder gesteuert von einem nicht dargestellten elektronischen Steuergerät, wie beispielsweise einem Motorsteuergerät, betreibbar.
Darüber hinaus ist die zweite Kühlmittelpumpe 7 ebenfalls über das Steuergerät bedarfsgerecht in ihrer Drehzahl betreibbar, das heißt bei hohem Küh- lungsbedarf wird eine hohe Drehzahl und bei niedrigem Kühlungsbedarf wird eine niedrige Drehzahl der zweiten Kühlmitteipumpe 7 eingestellt. Bei der zweiten Kühlmitteipumpe 7 kann es sich beispielsweise um eine elektrische Kühlmitteipumpe handeln.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der zweite Kühlmittelkühler 12 in Strömungsrichtung einer Luft, schematisch dargestellt durch drei dicke Pfeile, vor dem Kühlmittelkühler 5 angeordnet,. In anderen Ausführungsbeispielen können sie auch teil überlappend oder nebeneinander angeordnet sein.
Mit dem erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislauf für eine Brennkrattmaschine 1 lassen sich nun in vorteilhafter Weise abhängig vom Betriebszustand der
Brennkraftmaschine 1 folgende Betriebsfälle darstellen:
BetriebsZweite Erstes Zweites Kommentar:
punkt der KühlmitteiVentil: Ventil:
BK : pumpe:
z. B.: bedarfsgezu auf Hohe Klimaanforderun¬
Leertauf recht gen im Leerlauf, z. B. im geregelt Stop-and-Go-Verkehr bei hoher Außentemperatur.
In diesem Fall Erhöhung
Kühlmitteistrom über
Kondensator und Reduzierung Kühlung der Ladeluft, ggf. Taktung der
Ventile.
z. B.: bedarfsgeauf zu Hohe Anforderung an
Volllast auf recht Ladeluftkühlung bei der Autobahn geregelt gleichzeitig wenig Kühl- bedarf der Klimatisierung, z. B. bei moderaten Außentemperaturen und forcierter Fahrweise (z. B. Autobahn, dynamische Bergfahrt, etc.).
Max. Klima» bedarfsgeauf auf Forcierte Fahrweise, und recht damit hoher Kühiungs- max. BK - geregelt bedarf des LadeluftkühLeistung lers.
Gleichzeitig hohe Außentemperatur und hoher Klimatisierungsbedarf.
Durch die erfindungsgemiße Ausgestaltung des Kühlmittelkreisiaufs werden parasitäre Wärmeeinträge reduziert und damit die thermische Grundlast im Niedertemperaturkreislauf reduziert. Dies führt zur Reduzierung des Druckniveaus im Kiltekreisiauf mit der Folge der positiven Reduzierung des gesamten Energieverbrauches.
Bezugszeichenliste:
1. Brennkraftmaschine
2. Kompressionsmaschine
3. Hochtemperaturkreislauf
4. Niedertempefaturkreislauf
5. Kühlmittelkühiers
6. erste Kühlmittel pumpe
7. zweite Kuhimittelpumpe
8. Ladeluftkühlers
9. Kondensator
10. erstes Ventil
11. zweites Ventil
12. zweiter Kühlmrttelkühler
13. Gebläse
14. Thermostatventil

Claims

Kühlmittelkrelslauf für eine Brannkrsftmaschin« Patentantprüche
1. Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine (1 ) mit einer Kompres- sionsmaschine (2) für eine Ansaugluft, wobei der Kühlmitteikreislaurf aus einem Hochtemperaturkreislauf (3) und einem Niedertemporalur- kreislauf (4) besteht und wobei der Hochtemperaturkreislauf (3) zur Kühlung der Brennkraftmaschine (1 ) mittels eines Kühlmitteikühlers (5) und einer ersten, in dem Hochtemperaturkreislauf (3) angeordneten Kühlmittelpumpe (6) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Niedertemperaturkreislauf (4) mit einer zweiten Kühlmittelpumpe (7) und einem zweiten Kühlmitte kühler (12) zur Kühlung der von der Kompressionsmaschine (2) komprimierten Ansaugiuft mittels eines Ladeluftkühiers (8) und zur Kühlung eines Kältemittels eines Kältemittelkreislaufes in einem Kondensator (9) vorgesehen ist, wobei der Hochtem peratu rkreislauf (3) und der Niedertemperaturkreislauf (4) voneinander getrennte Kühlkrelsläufe sind.
2. Kühlmittelkreislauf nach Patentanspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der tadeluftkühfer (8) und der Kondensator (9) parallel zueinander in dem Niedertemperaturkreislauf (4) angeordnet sind.
3. Kühlmitteikreislauf nach Patentanspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung eines Kühlmittels in dem Niedertemperaturkreislauf (4) vor dem Ladeluftkühler (8) ein erstes Ventil (10) angeordnet ist.
4. Kühlmitteikreislauf nach Patentanspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Kühlmittels in dem Niedertemperaturkreislauf (4) vor dem Kondensator (9) ein zweites Ventil (11) angeordnet ist.
5. Kühlmitteikreislauf nach Patentanspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (10, 11) geregelt oder gesteuert betreibbar sind.
6. Kühlmitteikreislauf nach einem der Patentansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kühlmittelpumpe (?) bedarfsgerecht in ihrer Drehzahl betreibbar ist.
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