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Verfahren zum Betreiben einer Wärmetauschervorrichtung in einem Fahrzeug und Wärmetauschervorrichtung - Dokument DE102005033023A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005033023A1 25.01.2007
Titel Verfahren zum Betreiben einer Wärmetauschervorrichtung in einem Fahrzeug und Wärmetauschervorrichtung
Anmelder DaimlerChrysler AG, 70567 Stuttgart, DE
Erfinder Betsch, Jochen, Dr.-Ing., 71334 Waiblingen, DE;
Heinrich, Dirk, Dipl.-Ing., 70327 Stuttgart, DE
DE-Anmeldedatum 15.07.2005
DE-Aktenzeichen 102005033023
Offenlegungstag 25.01.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.01.2007
IPC-Hauptklasse F01P 11/08(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F01P 3/12(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmetauschervorrichtung (10) in einem Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (13), wobei ein Ölkühler (11) und ein Abgasrückführungskühler (12) in der Wärmetauscheranordnung (10) integriert sind, welche von einem Kühlmedium (16) durchflossen wird, und wobei zwischen Öl, Abgas und/oder Kühlmedium (16) Wärmeströme ausgetauscht werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Wärmeströme zwischen Öl, Abgas und Kühlmedium (16) abhängig von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine (13) gesteuert werden. Die Erfindung betrifft ebenso eine Wärmetauschervorrichtung (10).

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmetauschervorrichtung in einem Fahrzeug und eine Wärmetauschervorrichtung nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

Aus der Patentschrift DE 197 22 256 C1 ist eine Wärmetauschervorrichtung bekannt, bei der ein Ölkühler und ein Abgasrückführungskühler in einem gemeinsamen Bauteil kombiniert sind. Zwischen dem Öl und dem rückgeführten Abgas können Wärmeströme ausgetauscht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Wärmetauschervorrichtung anzugeben, mit dem das Emissionsverhalten und der Verbrauch einer zugeordneten Brennkraftmaschine verbessert werden. Weiterhin soll eine Wärmetauschervorrichtung dazu angegeben werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Günstige Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Wärmetauschervorrichtung in einem Fahrzeug sieht vor, dass die Wärmeströme zwischen Öl, Abgas und Kühlmedium abhängig von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine gesteuert werden. Dadurch können vorteilhaft Energieströme zwischen Kühlmedium, insbesondere Kühlwasser, Ölkreislauf und Abgas effizient genutzt und vor allem Emissionspotenzial, Verbrauchspotenzial und Bauraumpotenzial durch die kompakte Anordnung erschlossen werden. Bevorzugt kommt das Verfahren in einem Fahrzeug mit Dieselmotor zum Einsatz. Dabei kann Wärme aus den Wärmeströmen sowohl abgegeben als auch von diesen aufgenommen werden. Es kann somit gezielt vorgegeben werden, welches Medium mit welchem anderen Medium in welcher Betriebsphase der Brennkraftmaschine gekühlt wird oder beispielsweise schnell auf Betriebstemperatur gebracht wird.

Werden die Wärmeströme bedarfsabhängig geschaltet, ist eine zuverlässige und gut kontrollierbare Steuerung der Wärmeströme möglich.

Eine vorteilhafte Betriebsweise ergibt sich, wenn bei geringer Motorlast das Abgas weitgehend ungekühlt zur Brennkraftmaschine zurückgeleitet werden kann. Dadurch können Kohlenwasserstoffemissionen der Brennkraftmaschine gesenkt werden.

Eine weitere günstige Betriebsweise ist erreichbar, wenn bei erhöhter Motorlast das Abgas mit maximaler Abkühlung gekühlt werden kann.

Wird bei geringer Motorlast und/oder geringer Öltemperatur der vom Abgas entnommene Wärmestrom dem Öl zugeführt, um dieses aufzuheizen, kann durch die temperaturbedingt geringere Viskosität des Öls die Reibleistung der Brennkraftmaschine und der Kraftstoffverbrauch auch in diesem Betriebszustand günstig beeinflusst werden.

Weiterhin ist eine vorteilhafte Betriebsweise erreichbar, wenn bei geringen Außentemperaturen der dem Abgas entnommene Wärmestrom einer Heizeinrichtung zugeführt wird, insbesondere über das Kühlmedium in der Wärmetauschervorrichtung.

Bei der erfindungsgemäßen Wärmetauschervorrichtung in einem Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine sind Wärmeströme zwischen Öl, Abgas und Kühlmedium abhängig von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine steuerbar. Speziell bei V-Motoren ist die Wärmetauschervorrichtung bevorzugt im Innen-V angeordnet und bietet sehr günstige Voraussetzungen für eine intelligente kombinierte Vorrichtung mit Wärmemanagementfunktion im Hinblick auf Schadstoffemission und Kraftstoffverbrauch. Durch die motornahe Anordnung kann die Dichtheit des Ölkreislaufs und des Kühlmedienkreislaufs bereits bei der Motormontage überprüft werden.

Bevorzugt können Schaltventile vorgesehen sein, um die Wärmeströme bedarfsabhängig zu schalten. Dabei kann die Wärmetauschervorrichtung nur kühlmedienseitig geschaltet sein, oder es können selektiv das rückgeführte Abgas bzw. der Ölkreislauf auf der Kühlmedienseite geschaltet sein. Weiterhin kann das rückgeführte Abgas geschaltet sein in der Form, dass der eigentliche Kühler oder Kühlerteil zum Kühlen des Abgases in der Wärmetauschervorrichtung intern über eine Bypassleitung umgehbar ist. Der Fachmann wird die sinnvollste Ausführung entsprechend der konstruktiven Randbedingungen auswählen.

Vorzugsweise kann je ein Schaltventil an einem Kühlmedieneintritt, einem Öleintritt und/oder einem Abgaseintritt angeordnet sein.

Günstigerweise ist eine Bypassleitung vorgesehen, um rückgeführtes Abgas im Wesentlichen ungekühlt zur Brennkraftmaschine zurückzuführen, was bei kleinen Lasten oder in der Aufheizphase der Brennkraftmaschine vorteilhaft ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand eines in der Zeichnung beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, ohne auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt zu sein.

Dabei zeigen in schematischer Darstellung:

1 einen Schnitt durch einen V-Motor mit einer bevorzugten Wärmetauschervorrichtung im Innen-V mit Schaltventilen auf der Kühlmedienseite und auf der Ölseite, und

2 einen Schnitt durch einen V-Motor mit einer bevorzugten Wärmetauschervorrichtung im Innen-V mit einem zusätzlichen Schaltventil auf der Abgasseite mit einer internen Bypassleitung.

In den Figuren sind der Übersichtlichkeit halber für funktionell gleiche Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet.

1 zeigt beispielhaft eine als V-Motor ausgebildete Brennkraftmaschine 13, in deren Innen-V 15 oberhalb ihres Kurbelgehäuses 14 eine bevorzugte Wärmetauschervorrichtung 10 angeordnet ist. In der Wärmetauschervorrichtung 10 sind nicht explizit dargestellt ein Ölkühler und ein Abgasrückführungskühler miteinander kombiniert.

Die Wärmetauschervorrichtung 10 enthält ein Kühlmedium 16, insbesondere Wasser, das über einen Kühlmedieneintritt 23 in die Wärmetauschervorrichtung 10 eintritt und einen Kühlmedienaustritt 17, aus dem das Kühlmedium 16 austritt, wobei dieses in der Brennkraftmaschine 13 zirkulieren kann.

Bei der Verbrennung entstehende Abgase treten über einen Abgaseintritt 21 ein und über einen Abgasaustritt 22 aus und werden in die Brennkraftmaschine 13 zurückgeleitet.

Öl aus der Brennkraftmaschine 13 tritt über einen Öleintritt 19 in die Wärmetauschervorrichtung 10 ein und über einen Ölaustritt 20 aus dieser wieder aus zurück in das Kurbelgehäuse 14. Im Kühlmedieneintritt 23 und im Öleintritt 19 sind jeweils ein Schaltventil 23 bzw. 24 vorgesehen, so dass der Kühlmedienzustrom und/oder der Ölzustrom phasenweise unterbunden werden kann, wenn etwa eine geringere Kühlung durch das Kühlmedium erwünscht ist oder ein Zuströmen von heißem Öl unterbunden werden soll, um eine bessere Kühlung beispielsweise des Abgases zu ermöglichen.

Weitere Details einer bevorzugten Wärmetauschervorrichtung 10 sind der 2 zu entnehmen. Die Anordnung entspricht weitgehend der in 1, auf deren Beschreibung zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen verwiesen wird. In der Wärmetauschervorrichtung 10 sind ein Ölkühler 11 und ein Abgasrückführungskühler 12 integriert, wobei ein Kühlmedium 16 die Wärmetauschervorrichtung 10 im Betrieb wenigstens zeitweise durchfließen kann. Zwischen Öl, Abgas und/oder Kühlmedium 16 werden Wärmeströme ausgetauscht, die bedarfsabhängig über Schaltventile 23, 24 schaltbar sind.

Zusätzlich zur Ausgestaltung in 1 zeigt die 2 ein weiteres Schaltventil 25, mit dem ein Abgaseintritt 21 geschaltet werden kann, um Abgas bei geringer Motorlast weitgehend ungekühlt über eine Bypassleitung 26 zur Brennkraftmaschine 13 zurückzuleiten. Alternativ kann das Schaltventil 25den Weg für das Abgas zum Abgasrückführungskühler 12 freigeben, um gekühltes Abgas für die Brennkraftmaschine 13 über den Abgasaustritt 22 zur Verfügung zu stellen. Soll eine maximale Abgaskühlung erreicht werden, kann der Wärmestrom des Öls unterbunden werden, indem das Schaltventil 24 im Öleintritt geschlossen wird.


Anspruch[de]
Verfahren zum Betreiben einer Wärmetauschervorrichtung (10) in einem Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (13), wobei ein Ölkühler (11) und ein Abgasrückführungskühler (12) in der Wärmetauscheranordnung (10) integriert sind, welche von einem Kühlmedium (16) durchflossen wird und wobei zwischen Öl, Abgas und/oder Kühlmedium (16) Wärmeströme ausgetauscht werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeströme zwischen Öl, Abgas und Kühlmedium (16) abhängig von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine (13) gesteuert werden. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeströme bedarfsabhängig geschaltet werden. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei geringer Motorlast das Abgas weitgehend ungekühlt zur Brennkraftmaschine (13) zurückgeleitet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei erhöhter Motorlast das Abgas mit maximaler Abkühlung gekühlt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei geringer Motorlast und/oder geringer Öltemperatur der vom Abgas (16) entnommene Wärmestrom dem Öl zugeführt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei geringen Außentemperaturen der dem Abgas entnommene Wärmestrom einer Heizeinrichtung zugeführt wird. Wärmetauschervorrichtung in einem Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (13), wobei ein Ölkühler (11) und ein Abgasrückführungskühler (12) in der Wärmetauscheranordnung (10) integriert sind, welche von einem Kühlmedium (16) durchströmbar sind und wobei zwischen Öl, Abgas und/oder Kühlmedium (16) Wärmeströme austauschbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeströme zwischen Öl, Abgas und Kühlmedium (16) abhängig von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine (13) steuerbar sind. Wärmetauschervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Schaltventile (23, 24, 25) vorgesehen sind, um die Wärmeströme bedarfsabhängig zu schalten. Wärmetauschervorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass je ein Schaltventil (23, 24, 25) an einem Kühlmedieneintritt (17), einem Öleintritt (19) und/oder einem Abgaseintritt (21) angeordnet ist. Wärmetauschervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bypassleitung (26) vorgesehen ist, um rückgeführtes Abgas im Wesentlichen ungekühlt zur Brennkraftmaschine (13) zurückzuführen.






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