DE102011118898A1

DE102011118898A1 - Device for thermal coupling of two cooling circuits in vehicle, has cooling circuits that are formed as high-temperature circuit and low-temperature circuit and are couple by mixing valve in thermal and fluidic manner

Info

Publication number: DE102011118898A1
Application number: DE102011118898A
Authority: DE
Inventors: Yun Zhang
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2012-06-06

Abstract

The device (1) has cooling circuits that are formed as high-temperature circuit (3) and a low-temperature circuit (4) and are couple by a mixing valve (2) in thermal and fluidic manner. The cooling circuits are formed as an motor cooling circuit of an internal combustion engine (5), as cooling cycle a charge air cooler, an exhaust gas recirculation cooler, an electrochemical cell, a braking resistor, an air conditioner, a hydraulic oil, electric drive components and gear or a waste heat recovery device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur thermischen Kopplung zweier Kühlkreisläufe in einem Fahrzeug nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur thermischen Kopplung zweier Kühlkreisläufe in einem Fahrzeug nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 8.The invention relates to a device for the thermal coupling of two cooling circuits in a vehicle according to the features of the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for the thermal coupling of two cooling circuits in a vehicle according to the features of the preamble of claim.

Die DE 101 61 851 A1 betrifft einen Kühlkreislauf einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer Kühlmittelpumpe, einem elektrischen Mischventil, einem Kühlwasserkühler, einem Heizungswärmetauscher, einem Motorölwärmetauscher, einem Getriebeölkühler, mit einem Wärmestrom vom Getriebeöl zur Umgebungsluft, und einem Getriebeölwärmetauscher, mit einem Wärmestrom zwischen Getriebeöl und Kühlwasser, wobei zwischen dem Getriebeölkühler und dem zum Getriebeölkühler parallel geschalteten Getriebeölwärmetauscher ein die Ölstromverteilung regelndes Stellglied angeordnet und im Getriebeölwärmetauscher die Wärmeübertragung mittels des elektrischen Mischventils steuerbar ist.The DE 101 61 851 A1 relates to a refrigeration cycle of a liquid-cooled internal combustion engine of a motor vehicle having a coolant pump, an electric mixing valve, a cooling water cooler, a heat exchanger, an engine oil heat exchanger, a transmission oil cooler, with a heat flow from the transmission oil to the ambient air, and a transmission oil heat exchanger, with a heat flow between transmission oil and cooling water, wherein between the transmission oil cooler and the transmission oil heat exchanger connected in parallel to the transmission oil cooler arranged an actuator controlling the oil flow distribution and in the transmission oil heat exchanger, the heat transfer by means of the electric mixing valve is controllable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte, insbesondere effizientere Vorrichtung zur thermischen Kopplung zweier Kühlkreisläufe in einem Fahrzeug und ein verbessertes Verfahren zur direkten thermischen Kopplung zweier Kühlkreisläufe in einem Fahrzeug anzugeben.The invention has for its object to provide an improved, in particular more efficient device for the thermal coupling of two cooling circuits in a vehicle and an improved method for the direct thermal coupling of two cooling circuits in a vehicle.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur thermischen Kopplung zweier Kühlkreisläufe in einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.With regard to the device, the object is achieved by a device for the thermal coupling of two cooling circuits in a vehicle having the features of claim 1.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur thermischen Kopplung zweier Kühlkreisläufe in einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.With regard to the method, the object is achieved by a method for the thermal coupling of two cooling circuits in a vehicle having the features of claim 8.

Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Preferred embodiments and further developments of the invention are specified in the dependent claims.

Bei der Vorrichtung zur thermischen Koppelung zweier Kühlkreisläufe in einem Fahrzeug sind die Kühlkreisläufe erfindungsgemäß als ein Hochtemperaturkreislauf und ein Niedertemperaturkreislauf ausgebildet und mittels eines Mischventils thermisch und fluidisch gekoppelt. Dadurch kann mittels des Mischventils und eines darin variabel einstellbaren Mischungsverhältnisses zwischen den in Niedertemperaturkreislauf und Hochtemperaturkreislauf zirkulierenden Kühlmitteln eine thermische Energie vom Hochtemperaturkreislauf an den Niedertemperaturkreislauf übertragen werden.In the apparatus for the thermal coupling of two cooling circuits in a vehicle, the cooling circuits according to the invention are designed as a high-temperature circuit and a low-temperature circuit and thermally and fluidly coupled by means of a mixing valve. As a result, thermal energy can be transferred from the high-temperature circuit to the low-temperature circuit by means of the mixing valve and a variably adjustable mixing ratio between the cooling medium circulating in the low-temperature circuit and the high-temperature circuit.

Besonders vorteilhafterweise ist nur ein einziger Wärmetauscher zur Abgabe thermischer Energie an eine Fahrzeugumgebung notwendig, so dass notwendige Kühlflächen des Kühlmittelkühlers am Fahrzeug verkleinert werden können, so dass ein Luftwiderstand des Fahrzeugs und ein daraus resultierender Kraftstoffverbrauch und Schadstoffausstoß verringert sind.Particularly advantageously, only a single heat exchanger for delivering thermal energy to a vehicle environment is necessary, so that necessary cooling surfaces of the coolant radiator on the vehicle can be reduced, so that air resistance of the vehicle and a resulting fuel consumption and pollutant emissions are reduced.

Somit ist vorteilhafterweise eine Kühlung der betreffenden Fahrzeugkomponenten signifikant verbessert, wodurch niedrigere Bauteiltemperaturen und ein verringerter Verschleiß erreicht werden.Thus, a cooling of the relevant vehicle components is advantageously significantly improved, whereby lower component temperatures and reduced wear can be achieved.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können Fahrzeugkomponenten durch eine entsprechende Steuerung oder Regelung der Vorrichtung gezielt temperiert und dabei beispielsweise aufgeheizt werden, wodurch eine Warmlaufphase des Fahrzeugs verkürzt und ein in dieser auftretender erhöhter Treibstoffverbrauch reduziert wird.In a further advantageous embodiment, vehicle components can be specifically tempered by a corresponding control or regulation of the device and thereby, for example, heated, whereby a warm-up phase of the vehicle is shortened and an increased fuel consumption occurring therein is reduced.

Beim Verfahren zur thermischen Koppelung zweier Kühlkreisläufe in einem Fahrzeug werden die Kühlkreisläufe erfindungsgemäß als ein Hochtemperaturkreislauf und ein Niedertemperaturkreislauf ausgebildet und mittels eines Mischventils thermisch und fluidisch gekoppelt. Dadurch ist die im Fahrzeug und insbesondere in den Kühlkreisläufen anfallende thermische Energie besonders effizient und variabel im Fahrzeug nutzbar.In the method for the thermal coupling of two cooling circuits in a vehicle, the cooling circuits according to the invention are designed as a high-temperature circuit and a low-temperature circuit and thermally and fluidically coupled by means of a mixing valve. As a result, the resulting in the vehicle and in particular in the cooling circuits thermal energy is particularly efficient and variable usable in the vehicle.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1 schematisch eine Vorrichtung zur thermischen Kopplung zweier Kühlkreisläufe in einem Fahrzeug mittels eines Mischventils, 1 1 schematically a device for the thermal coupling of two cooling circuits in a vehicle by means of a mixing valve,

2 schematisch eine erste Schaltungsvariante einer Vorrichtung zur thermischen Kopplung zweier Kühlkreisläufe in einem Fahrzeug mittels eines Mischventils, 2 1 schematically shows a first circuit variant of a device for the thermal coupling of two cooling circuits in a vehicle by means of a mixing valve,

3 schematisch eine zweite Schaltungsvariante einer Vorrichtung zur thermischen Kopplung zweier Kühlkreisläufe in einem Fahrzeug mittels eines Mischventils und 3 schematically a second circuit variant of a device for the thermal coupling of two cooling circuits in a vehicle by means of a mixing valve and

4 schematisch eine dritte Schaltungsvariante einer Vorrichtung zur thermischen Kopplung zweier Kühlkreisläufe in einem Fahrzeug mittels eines Mischventils. 4 schematically a third circuit variant of a device for the thermal coupling of two cooling circuits in a vehicle by means of a mixing valve.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 zur thermischen Kopplung zweier Kühlkreisläufe in einem nicht dargestellten Fahrzeug mittels eines Mischventils 2. Die beiden Kühlkreisläufe sind bevorzugt als herkömmlicher Hochtemperaturkreislauf 3 und als herkömmlicher Niedertemperaturkreislauf 4 ausgebildet. 1 schematically shows a device 1 for the thermal coupling of two cooling circuits in a vehicle, not shown, by means of a mixing valve 2 , The two cooling circuits are preferred as a conventional high-temperature circuit 3 and as a conventional low temperature circuit 4 educated.

Das Fahrzeug kann als herkömmliches mit einer Verbrennungskraftmaschine 5 betriebenes Fahrzeug, als Hybridfahrzeug oder als Elektrofahrzeug mit einem Reichweitenverlängerungsmodul ausgebildet sein.The vehicle may be conventional with an internal combustion engine 5 operated vehicle, be designed as a hybrid vehicle or as an electric vehicle with a range extension module.

Der Hochtemperaturkreislauf 3 und der Niedertemperaturkreislauf 4 sind mittels des Mischventils 2 thermisch und fluidisch miteinander gekoppelt.The high temperature circuit 3 and the low temperature circuit 4 are by means of the mixing valve 2 thermally and fluidically coupled together.

Dabei ist der Hochtemperaturkreislauf 3 bevorzugt als herkömmlicher Hochtemperaturkreislauf ausgebildet, d. h. als Kühlkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine 5. Der Hochtemperaturkreislauf 3 umfasst zumindest eine Hochtemperaturkühlmittelpumpe 6 und eine erste Ventilanordnung 7. Im Hochtemperaturkreislauf 3 zirkuliert ein herkömmliches Kühlmittel KM1.Here is the high-temperature circuit 3 preferably designed as a conventional high-temperature circuit, ie as the cooling circuit of an internal combustion engine 5 , The high temperature circuit 3 includes at least one high-temperature coolant pump 6 and a first valve arrangement 7 , In the high-temperature circuit 3 circulates a conventional coolant KM1.

Dabei kann der Hochtemperaturkreislauf 3 mit einem Innenraumheizkreislauf 8 fluidisch gekoppelt sein oder einen nicht dargestellten Abzweig mit einem Innenraumwärmetauscher umfassen. Dabei ist der Innenraumheizkreislauf 8 im Hochtemperaturkreislauf 3 in Flussrichtung nach der Verbrennungskraftmaschine 5 angeordnet, so dass der Innenraumheizkreislauf 8 bei Bedarf mit der Abwärme der Verbrennungskraftmaschine 5 beaufschlagbar ist und anderenfalls mittels einer Bypassleitung 13 vom übrigen Hochtemperaturkreislauf 3 trennbar ist.In this case, the high-temperature circuit 3 with an interior heating circuit 8th be fluidly coupled or include a branch, not shown, with an indoor heat exchanger. Here is the interior heating circuit 8th in the high-temperature circuit 3 in the flow direction after the internal combustion engine 5 arranged so that the interior heating circuit 8th if necessary with the waste heat of the internal combustion engine 5 can be acted upon and otherwise by means of a bypass line 13 from the rest of the high-temperature circuit 3 is separable.

Weiterhin kann im Hochtemperaturkreislauf 3 ein Bremswiderstand 9, insbesondere ein hydrodynamischer Retarder, angeordnet sein.Furthermore, in the high-temperature circuit 3 a braking resistor 9 , In particular, a hydrodynamic retarder, be arranged.

In einer nicht dargestellten Ausführungsvariante können im Hochtemperaturkreislauf 3 Wärmetauscher zur Kühlung eines Motoröls der Verbrennungskraftmaschine 5 und/oder eines Getriebeöls in Flussrichtung vor der Verbrennungskraftmaschine 5 angeordnet sein.In an embodiment variant, not shown, in the high-temperature circuit 3 Heat exchanger for cooling an engine oil of the internal combustion engine 5 and / or a transmission oil in the flow direction in front of the internal combustion engine 5 be arranged.

Zwischen Mischventil 2 und Hochtemperaturkreislauf 3 ist eine erste Kühlmittelleitung 16 angeordnet, welche in Flussrichtung vor einer Hochtemperaturkühlmittelpumpe 6 in den Hochtemperaturkreislauf 3 einmündet.Between mixing valve 2 and high-temperature cycle 3 is a first coolant line 16 arranged, which in the flow direction in front of a high-temperature coolant pump 6 in the high-temperature circuit 3 opens.

Weiterhin ist im Hochtemperaturkreislauf 3 in Flussrichtung vor einer Einmündung der ersten Kühlmittelleitung 16 vom Mischventil 2 die erste Ventilanordnung 7 angeordnet, an welcher eine erste Versorgungsleitung 18 zum Mischventil 2 abzweigt.Furthermore, in the high-temperature circuit 3 in the flow direction before an opening of the first coolant line 16 from the mixing valve 2 the first valve arrangement 7 arranged on which a first supply line 18 to the mixing valve 2 branches.

Der Niedertemperaturkreislauf 4 ist vorzugsweise als herkömmlicher Niedertemperaturkreislauf, beispielweise als ein Kühlkreislauf, zumindest einer Fahrzeugkomponente 10 ausgebildet. Bei den Fahrzeugkomponenten 10 kann es sich beispielsweise um eine elektrochemische Zelle, eine Elektromaschine, einen Abgasrückführungskühler, eine Leistungselektronik, ein Hydrauliköl, elektrische Antriebskomponenten, eine Ladeluft, ein Getriebe und/oder eine Abwärmerückgewinnungsvorrichtung handeln. Der Niedertemperaturkreislauf 4 umfasst zumindest eine Niedertemperaturkühlmittelpumpe 11, eine zweite Ventilanordnung 14 und einen Wärmetauscher 12 zur Abgabe thermischer Energie an eine Fahrzeugumgebung. Dabei ist der Wärmetauscher 12 bevorzugt als herkömmlicher Fahrzeugkühler ausgebildet, welchem ein Kühlerlüfter 15 zugeordnet ist. Im Niedertemperaturkreislauf 4 zirkuliert ein herkömmliches Kühlmittel KM2.The low temperature circuit 4 is preferably as a conventional low-temperature circuit, for example as a cooling circuit, at least one vehicle component 10 educated. In the vehicle components 10 It may be, for example, an electrochemical cell, an electric machine, an exhaust gas recirculation cooler, a power electronics, a hydraulic oil, electric drive components, a charge air, a transmission and / or a waste heat recovery device. The low temperature circuit 4 includes at least one low-temperature coolant pump 11 , a second valve arrangement 14 and a heat exchanger 12 for delivering thermal energy to a vehicle environment. Here is the heat exchanger 12 preferably designed as a conventional vehicle radiator, which is a radiator fan 15 assigned. In the low temperature circuit 4 circulates a conventional coolant KM2.

Zwischen Mischventil 2 und Niedertemperaturkreislauf 4 ist eine zweite Kühlmittelleitung 17 angeordnet, welche in Flussrichtung vor einer Niedertemperaturkühlmittelpumpe 11 in den Niedertemperaturkreislauf 4 einmündet.Between mixing valve 2 and low temperature circuit 4 is a second coolant line 17 arranged, which in the flow direction in front of a low-temperature coolant pump 11 in the low temperature circuit 4 opens.

Weiterhin ist im Niedertemperaturkreislauf 4 in Flussrichtung vor einer Einmündung der zweiten Kühlmittelleitung 17 vom Mischventil 2 die zweite Ventilanordnung 14 angeordnet, an welcher eine zweite Versorgungsleitung 19 zum Mischventil 2 abzweigt.Furthermore, in the low-temperature circuit 4 in the flow direction before an opening of the second coolant line 17 from the mixing valve 2 the second valve arrangement 14 arranged on which a second supply line 19 to the mixing valve 2 branches.

Im Hochtemperaturkreislauf 3 und Niedertemperaturkreislauf 4 zirkulieren bevorzugt die gleichen Kühlmittel KM1 und KM2, insbesondere Wasser mit einem Frostschutzmittel.In the high-temperature circuit 3 and low temperature circuit 4 preferably circulate the same coolant KM1 and KM2, especially water with an antifreeze.

Als Kühlmittel KM1 und KM2 können auch herkömmliche organische und/oder anorganische Arbeitsmittel, wie z. B. Wasser, Methanol, Ethanol, Ammoniak, Ether, Kohlendioxid, weitere Flüssigkeiten und/oder Lösungen dieser, verwendet werden.As coolant KM1 and KM2 and conventional organic and / or inorganic work equipment such. For example, water, methanol, ethanol, ammonia, ethers, carbon dioxide, other liquids and / or solutions of these can be used.

Die Ventilanordnungen 7, 14 sind bevorzugt als herkömmliches Drei-Wege-Ventil oder Mischventile ausgebildet.The valve arrangements 7 . 14 are preferably designed as conventional three-way valve or mixing valves.

Die Drei-Wege-Ventile der Ventilanordnungen 7, 14 sind als Steuerventile, insbesondere direkt gesteuerte Ventile, ausgebildet, welche beispielweise mittels einer Steuereinheit 20 derart ansteuerbar sind, dass die Durchflussrichtung und/oder Durchflussmenge eines Kühlmittelstroms individuell einstellbar ist.The three-way valves of the valve assemblies 7 . 14 are designed as control valves, in particular directly controlled valves, which, for example, by means of a control unit 20 are controllable such that the flow direction and / or flow rate of a coolant flow is individually adjustable.

Mittels der Drei-Wege-Ventile ist ein Kühlmittelstrom durch das Mischventil 2 und/oder Hochtemperaturkreislauf 3 und Niedertemperaturkreislauf 4 individuell, z. B. zeitabhängig, zeitlich getaktet, druckabhängig, z. B. in Abhängigkeit vom Kühlmitteldruck, temperaturabhängig, z. B. in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur, und/oder ereignisabhängig, z. B. betriebspunktabhängig, stufenweise und/oder stufenlos steuer- und/oder regelbar. By means of the three-way valves is a flow of coolant through the mixing valve 2 and / or high temperature circuit 3 and low temperature circuit 4 individually, z. B. time-dependent, timed, pressure-dependent, z. B. depending on the coolant pressure, temperature dependent, z. B. depending on the coolant temperature, and / or event-dependent, for. B. operating point dependent, stepwise and / or steplessly controlled and / or regulated.

Das Mischventil 2 ist als herkömmliche regelbare und/oder steuerbare Mischungsvorrichtung ausgebildet, innerhalb derer zwei Kühlmittelströme der Kühlmittel KM1 und KM2 mit unterschiedlichen Temperaturen zu einem gemeinsamen homogen temperierten Kühlmittelstrom KM3 vermischt werden. Das Mischventil 2 kann insbesondere auch als einstellbares Thermostatventil ausgebildet sein.The mixing valve 2 is formed as a conventional controllable and / or controllable mixing device, within which two coolant flows of the coolant KM1 and KM2 are mixed with different temperatures to a common homogeneous tempered coolant flow KM3. The mixing valve 2 can be designed in particular as an adjustable thermostatic valve.

Die Ventilanordnungen 7, 14 und das Mischventil 2 können aktiv oder passiv gesteuert oder geregelt sein und beispielsweise elektrisch und/oder mechanisch aktuiert werden.The valve arrangements 7 . 14 and the mixing valve 2 can be actively or passively controlled or regulated and, for example, electrically and / or mechanically actuated.

Die Ventilanordnungen 7, 14 und das Mischventil 2 können bevorzugt mit elektrischen Aktoren aktuiert werden.The valve arrangements 7 . 14 and the mixing valve 2 can preferably be actuated with electrical actuators.

In alternativen, nicht dargestellten Ausführungsvarianten können die Ventilanordnungen 7, 14 und das Mischventil 2 mit mechanischen Aktoren betätigt werden, welche unter Wärmeeinfluss ihre Form oder Gestalt verändern, beispielweise Wachsampullen oder Bi-Metallstreifen.In alternative embodiments, not shown, the valve assemblies 7 . 14 and the mixing valve 2 be actuated with mechanical actuators, which change their shape or shape under the influence of heat, such as wax ampoules or bi-metal strips.

Zur Steuerung und oder Regelung der Vorrichtung 1 umfasst selbige eine Steuereinheit 20, welche elektrisch mit dem Mischventil 2, den Ventilanordnungen 7, 14, dem Kühlerlüfter 15, der Niedertemperaturkühlmittelpumpe 11, der Hochtemperaturkühlmittelpumpe 6 und den Temperatursensoren 21 bis 23 gekoppelt ist.For controlling and / or regulating the device 1 this includes a control unit 20 which is electrically connected to the mixing valve 2 , the valve arrangements 7 . 14 , the radiator fan 15 , the low temperature coolant pump 11 , the high-temperature coolant pump 6 and the temperature sensors 21 to 23 is coupled.

Die Temperatursensoren 21 bis 23 sind als herkömmliche Temperatursensoren ausgebildet. Dabei ist der erste Temperatursensor 21 in einem Kühlmittelstrom des Hochtemperaturkreislaufs 3 nach dessen Austritt aus der Verbrennungskraftmaschine 5 angeordnet.The temperature sensors 21 to 23 are designed as conventional temperature sensors. Here is the first temperature sensor 21 in a coolant flow of the high-temperature circuit 3 after its exit from the internal combustion engine 5 arranged.

Der zweite Temperatursensor 22 ist in einem Kühlmittelstrom des Niedertemperaturkreislaufs 4 nach dessen Austritt aus dem Wärmetauscher 12 angeordnet.The second temperature sensor 22 is in a coolant flow of the low-temperature circuit 4 after its exit from the heat exchanger 12 arranged.

Der dritte Temperatursensor 23 ist im aus dem Mischventil 2 austretenden Kühlmittelstrom KM3 angeordnet.The third temperature sensor 23 is in from the mixing valve 2 leaving coolant flow KM3 arranged.

In Abhängigkeit der mittels der Temperatursensoren 21 bis 23 erfassten jeweiligen Kühlmitteltemperaturen steuert und/oder regelt die Steuereinheit 20 Durchflussmenge und -richtung der Ventilanordnungen 7, 14, das Mischungsverhältnis der Kühlmittelteilströme im Mischventil 2, den Betrieb des Kühlerlüfters 15 und/oder die Fördermengen der Niedertemperaturkühlmittelpumpe 11 und der Hochtemperaturkühlmittelpumpe 6.Depending on the means of temperature sensors 21 to 23 detected respective coolant temperatures controls and / or controls the control unit 20 Flow rate and direction of the valve assemblies 7 . 14 , the mixing ratio of the coolant sub-streams in the mixing valve 2 , the operation of the radiator fan 15 and / or the delivery rates of the low-temperature coolant pump 11 and the high-temperature coolant pump 6 ,

Auf diese Weise wird in allen auftretenden Betriebzuständen der Vorrichtung 1 eine optimierte und effiziente Kühlung ermöglicht.In this way, in all occurring operating conditions of the device 1 Optimized and efficient cooling possible.

Im Betrieb der derart ausgebildeten Vorrichtung 1 wird das jeweilige Kühlmittel KM1 und KM2 mittels der Niedertemperaturkühlmittelpumpe 11 und der Hochtemperaturkühlmittelpumpe 6 in dem Hochtemperaturkreislauf 3 und dem Niedertemperaturkreislauf 4 umgewälzt.In operation of the device designed in this way 1 is the respective coolant KM1 and KM2 by means of the low-temperature coolant pump 11 and the high-temperature coolant pump 6 in the high-temperature cycle 3 and the low temperature circuit 4 circulated.

Im Niedertemperaturkreislauf 4 wird das Kühlmittel KM2 von der Niedertemperaturkühlmittelpumpe 11 durch den Wärmetauscher 12 geleitet und durchfließt dann die zu kühlenden Fahrzeugkomponenten 10 oder diesen zugeordneten Wärmetauscher. Anschließend durchfließt das Kühlmittel KM2 die zweite Ventilanordnung 14 und wird in Abhängigkeit von deren Stellung teilweise zur Niedertemperaturkühlmittelpumpe 11 und teilweise zum Mischventil 2 geleitet.In the low temperature circuit 4 is the coolant KM2 from the low-temperature coolant pump 11 through the heat exchanger 12 passed and then flows through the vehicle components to be cooled 10 or this associated heat exchanger. Subsequently, the coolant KM2 flows through the second valve arrangement 14 and partially becomes a low-temperature coolant pump depending on its position 11 and partly to the mixing valve 2 directed.

Im Hochtemperaturkreislauf 3 wird das Kühlmittel KM1 von der Hochtemperaturkühlmittelpumpe 6 durch die Verbrennungskraftmaschine 5 gefördert und durchfließt dann den Innenraumheizkreislauf 8 oder die Bypassleitung 13. Anschließend durchfließt das Kühlmittel KM1 die erste Ventilanordnung 7 und wird in Abhängigkeit von deren Stellung teilweise zur Hochtemperaturkühlmittelpumpe 6 und teilweise zum Mischventil 2 geleitet.In the high-temperature circuit 3 the coolant is KM1 from the high-temperature coolant pump 6 through the internal combustion engine 5 promoted and then flows through the interior heating circuit 8th or the bypass line 13 , Subsequently, the coolant KM1 flows through the first valve arrangement 7 and partly becomes a high temperature coolant pump depending on its position 6 and partly to the mixing valve 2 directed.

Im Mischventil 2 werden die unterschiedlich temperierten Kühlmittel KM1 und KM2 zum homogen temperierten Kühlmittelstrom KM3 vermischt und in Hochtemperaturkreislauf 3 und Niedertemperaturkreislauf 4 zurückgeleitet.In the mixing valve 2 are the different tempered coolant KM1 and KM2 mixed to homogeneous temperature coolant flow KM3 and in high-temperature circuit 3 and low temperature circuit 4 returned.

Die Zuleitung des Kühlmittelstroms KM3 in Hochtemperaturkreislauf 3 und Niedertemperaturkreislauf 4 erfolgt dabei bevorzugt jeweils nach der Ventilanordnung 7, 14 und vor Niedertemperaturkühlmittelpumpe 11 und Hochtemperaturkühlmittelpumpe 6, so dass die jeweilige Pumpe das homogen temperierte Kühlmittel vom Mischventil 2 ansaugt.The supply of coolant flow KM3 in high-temperature circuit 3 and low temperature circuit 4 takes place preferably in each case after the valve assembly 7 . 14 and before low-temperature coolant pump 11 and high temperature coolant pump 6 , so that the respective pump the homogeneously tempered coolant from the mixing valve 2 sucks.

2 zeigt schematisch eine erste Schaltungsvariante der Vorrichtung 1 zur thermischen Kopplung zweier Kühlkreisläufe in einem Fahrzeug mittels des Mischventils 2. Dabei entspricht die in 2 dargestellte Vorrichtung im Wesentlichen der in 1 dargestellten mit dem Unterschied, dass die Steuereinheit 20 und die zugehörigen elektrischen Komponenten und der Innenraumheizkreislauf 8 im Hochtemperaturkreislauf 3 nicht dargestellt sind. 2 schematically shows a first circuit variant of the device 1 for the thermal coupling of two cooling circuits in a vehicle by means of the mixing valve 2 , The corresponding in 2 shown device substantially in 1 presented with the difference that the control unit 20 and the associated electrical components and the interior heating circuit 8th in the high-temperature circuit 3 are not shown.

Zusätzlich weist der Hochtemperaturkreislauf 3 eine dritte Ventilanordnung 24 auf, mittels der der Kühlmittestrom im Hochtemperaturkreislauf 3 durch einen Bremswiderstand 9 geleitet werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel ist die zu temperierende Fahrzeugkomponente 10 im Niedertemperaturkreislauf 4 als Hochvolt-Batterie ausgebildet.In addition, the high-temperature circuit indicates 3 a third valve arrangement 24 on, by means of the coolant flow in the high-temperature circuit 3 through a braking resistor 9 can be directed. In this embodiment, the vehicle component to be tempered is 10 in the low temperature circuit 4 designed as a high-voltage battery.

In der ersten Schaltungsvariante wird das Kühlmittel KM1 im Hochtemperaturkreislauf 3 vollständig durch die Verbrennungskraftmaschine 5 geleitet und anschließend vollständig dem Mischventil 2 zugeleitet. Das Kühlmittel KM2 im Niedertemperaturkreislauf 4 wird mittels der Ventilanordnung 14 ebenfalls vollständig dem Mischventil 2 zugeleitet. Mit dieser Schaltungsvariante ist beispielsweise bei einem Kaltstart eine besonders schnelle Erwärmung der Hochvolt-Batterie durch die Abwärme der Verbrennungskraftmaschine 5 ermöglicht.In the first circuit variant, the coolant KM1 is in the high-temperature circuit 3 completely through the internal combustion engine 5 passed and then completely the mixing valve 2 fed. The coolant KM2 in the low-temperature circuit 4 is by means of the valve assembly 14 also completely the mixing valve 2 fed. With this circuit variant, for example, during a cold start, a particularly rapid heating of the high-voltage battery by the waste heat of the internal combustion engine 5 allows.

Die Flussrichtungen der Kühlmittel KM1 und KM2 durch die Ventilanordnungen 7, 14, 24 sind jeweils mittels Pfeilen dargestellt.The flow directions of the coolant KM1 and KM2 through the valve assemblies 7 . 14 . 24 are each represented by arrows.

3 zeigt schematisch eine zweite Schaltungsvariante der Vorrichtung 1 zur thermischen Kopplung zweier Kühlkreisläufe in einem Fahrzeug mittels des Mischventils 2. 3 schematically shows a second circuit variant of the device 1 for the thermal coupling of two cooling circuits in a vehicle by means of the mixing valve 2 ,

In dieser Schaltungsvariante wird das Kühlmittel KM1 im Hochtemperaturkreislauf 3 vollständig durch die Verbrennungskraftmaschine 5 geleitet und anschließend mittels der Ventilanordnung 7 in zwei Teilströme aufgeteilt, wobei ein Teilstrom dem Mischventil 2 zugeleitet wird und ein Teilstrom im Hochtemperaturkreislauf 3 weiterzirkuliert. Dabei sind die Teilströme variabel aufteilbar, so dass beispielsweise zwischen 80 und 100% des Kühlmittels 1 dem Mischventil 2 zugeleitet werden.In this circuit variant, the coolant KM1 is in the high-temperature circuit 3 completely through the internal combustion engine 5 passed and then by means of the valve assembly 7 divided into two sub-streams, with a partial flow to the mixing valve 2 is fed and a partial flow in the high-temperature circuit 3 weiterzirkuliert. The partial flows are variably divisible, so that for example between 80 and 100% of the coolant 1 the mixing valve 2 be forwarded.

Das Kühlmittel KM2 im Niedertemperaturkreislauf 4 wird mittels der Ventilanordnung 14 in zwei Teilströme aufgeteilt, wobei ein Teilstrom dem Mischventil 2 zugeleitet wird und ein Teilstrom im Niedertemperaturkreislauf 4 weiterzirkuliert. Dabei sind die Teilströme variabel aufteilbar, so dass beispielsweise zwischen 80 und 100% des Kühlmittels 1 dem Mischventil 2 zugeleitet werden.The coolant KM2 in the low-temperature circuit 4 is by means of the valve assembly 14 divided into two sub-streams, with a partial flow to the mixing valve 2 is fed and a partial flow in the low-temperature circuit 4 weiterzirkuliert. The partial flows are variably divisible, so that for example between 80 and 100% of the coolant 1 the mixing valve 2 be forwarded.

Mit dieser Schaltungsvariante ist ein herkömmlicher Kühlbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 5 ermöglicht.With this circuit variant is a conventional cooling operation of the internal combustion engine 5 allows.

4 zeigt schematisch eine dritte Schaltungsvariante der Vorrichtung 1 zur thermischen Kopplung zweier Kühlkreisläufe in einem Fahrzeug mittels des Mischventils 2. 4 schematically shows a third circuit variant of the device 1 for the thermal coupling of two cooling circuits in a vehicle by means of the mixing valve 2 ,

In der dieser Schaltungsvariante wird das Kühlmittel KM1 im Hochtemperaturkreislauf 3 vollständig durch den Bremswiderstand 9 geleitet und anschließend vollständig dem Mischventil 2 zugeleitet. Das Kühlmittel KM2 im Niedertemperaturkreislauf 4 wird mittels der Ventilanordnung 14 ebenfalls vollständig dem Mischventil 2 zugeleitet. In dieser Schaltungsvariante ist die Verbrennungskraftmaschine 5 bei einem Bremsbetrieb des Fahrzeugs vollständig abgekoppelt und der Bremswiderstand 9 wird effizient gekühlt.In this circuit variant, the coolant KM1 in the high-temperature circuit 3 completely through the brake resistor 9 passed and then completely the mixing valve 2 fed. The coolant KM2 in the low-temperature circuit 4 is by means of the valve assembly 14 also completely the mixing valve 2 fed. In this circuit variant is the internal combustion engine 5 completely decoupled during a braking operation of the vehicle and the braking resistor 9 is cooled efficiently.

In einer nicht dargestellten Schaltungsvariante erfolgt bei einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine 5 keine Mischung der Kühlmittel KM1 und KM2, so dass das Kühlmittel KM1 nur im Hochtemperaturkreislauf 3 zirkuliert und derart die Verbrennungskraftmaschine 5 besonders schnell bis zur Betriebtemperatur temperiert.In a circuit variant, not shown, takes place at a cold start of the internal combustion engine 5 no mixture of the coolant KM1 and KM2, leaving the coolant KM1 only in the high-temperature circuit 3 circulates and so the internal combustion engine 5 tempered particularly fast up to the operating temperature.

In einer weiteren nicht dargestellten Schaltungsvariante erfolgt bei einem rein elektrischen Betrieb des Fahrzeugs eine Kühlung nur im Niedertemperaturkreislauf 4, in welchem die elektrischen Antriebskomponenten angeordnet sind, da eine Kühlung der Verbrennungskraftmaschine 5 in dieser Betriebssituation nicht notwendig ist.In a further circuit variant, not shown, takes place in a purely electrical operation of the vehicle cooling only in the low-temperature circuit 4 , in which the electric drive components are arranged, as a cooling of the internal combustion engine 5 is not necessary in this operating situation.

In einer weiteren nicht dargestellten Schaltungsvariante kann bei deaktivierter Verbrennungskraftmaschine 5 im Niedertemperaturkreislauf 4 erwärmtes Kühlmittel KM2 in den Hochtemperaturkreislauf 3 geleitet werden, um im elektrischen Betrieb des Fahrzeugs den Innenraumheizkreislauf 8 und/oder die Verbrennungskraftmaschine 5 zu erwärmen.In a further circuit variant, not shown, when deactivated internal combustion engine 5 in the low temperature circuit 4 heated coolant KM2 in the high-temperature circuit 3 be routed to the interior heating circuit in electrical operation of the vehicle 8th and / or the internal combustion engine 5 to warm up.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Vorrichtungcontraption
22: Mischventilmixing valve
33: HochtemperaturkreislaufHigh-temperature circuit
44: NiedertemperaturkreislaufLow-temperature circuit
55: VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
66: HochtemperaturkühlmittelpumpeHigh-temperature coolant pump
77: erste Ventilanordnungfirst valve arrangement
88th: InnenraumheizkreislaufInnenraumheizkreislauf
99: Bremswiderstandbraking resistor
1010: Fahrzeugkomponentevehicle component
1111: NiedertemperaturkühlmittelpumpeLow-temperature coolant pump
1212: Wärmetauscherheat exchangers
1313: Bypassleitungbypass line
1414: zweite Ventilanordnungsecond valve arrangement
1515: Kühlerlüfterradiator fan
1616: erste Kühlmittelleitungfirst coolant line
17 17: zweite Kühlmittelleitungsecond coolant line
1818: erste Versorgungsleitungfirst supply line
1919: zweite Versorgungsleitungsecond supply line
2020: Steuereinheitcontrol unit
2121: erster Temperatursensorfirst temperature sensor
2222: zweiter Temperatursensorsecond temperature sensor
2323: dritter Temperatursensorthird temperature sensor
2424: dritte Ventilanordnungthird valve arrangement
KM1, KM2KM1, KM2: Kühlmittelcoolant
KM3KM3: KühlmittelstromCoolant flow

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10161851 A1 [0002]

Claims

Device for thermal coupling of two cooling circuits in a vehicle, characterized in that the cooling circuits as a high-temperature circuit ( 3 ) and a low temperature circuit ( 4 ) and by means of a mixing valve ( 2 ) are thermally and fluidically coupled.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the cooling circuits as engine cooling circuit of an internal combustion engine ( 5 ), as a cooling circuit of an intercooler, an exhaust gas recirculation cooler, an electrochemical cell, a braking resistor ( 9 ), an air conditioner, a hydraulic oil, electric drive components, a transmission and / or a waste heat recovery device are formed.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that in the low-temperature circuit ( 4 ) a heat exchanger ( 12 ) is arranged for the delivery of thermal energy to a vehicle environment.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that between mixing valve ( 2 ) and low temperature circuit ( 4 ) a second coolant line ( 17 ), which in the flow direction in front of a low-temperature coolant pump ( 11 ) into the low-temperature cycle ( 4 ).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that between mixing valve ( 2 ) and high-temperature circuit ( 3 ) a first coolant line ( 16 ), which in the flow direction in front of a high-temperature coolant pump ( 6 ) in the high temperature circuit ( 3 ).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that in the low-temperature circuit ( 4 ) in the flow direction before an opening of the second coolant line ( 17 ) from the mixing valve ( 2 ) a second valve arrangement ( 14 ) is arranged, on which a second supply line ( 19 ) to the mixing valve ( 2 ) branches off.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that in the high-temperature circuit ( 3 ) in the flow direction before an opening of the first coolant line ( 16 ) from the mixing valve ( 2 ) a first valve arrangement ( 7 ) is arranged, on which a first supply line ( 18 ) to the mixing valve ( 2 ) branches off.

Method for the thermal coupling of two cooling circuits in a vehicle, characterized in that the cooling circuits as a high-temperature circuit ( 3 ) and a low temperature circuit ( 4 ) and by means of a mixing valve ( 2 ) are coupled thermally and fluidically.

Method according to claim 8, characterized in that by means of the mixing valve ( 5 ) and a variably controllable or controllable mixing ratio between the low-temperature cycle ( 4 ) and high-temperature circuit ( 3 ) circulating coolant (KM1, KM2) a thermal energy from the high-temperature circuit ( 3 ) to the low-temperature circuit ( 4 ) is transmitted.