DaimlerChrysler AG

Kühlkreislauf

Die Erfindung betrifft einen Kühlkreislauf nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Die Fig. 3 der DE 103 32 907 Al zeigt bereits einen Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug. Dieser Kühlkreislauf weist eine Kühlflüssigkeitspumpe auf, die Kühlflüssigkeit durch einen Kühler, einen Verbrennungsmotor und einen Retarder leitet. Mittels des Retarders kann die Bremsleistung des Kraftfahrzeuges _. unterstützt werden. Es ist ein Umschaltventil vorgesehen, das den Fluss von Kühlflüssigkeit alternativ

— durch den Retarder zu einem Kühler

— unter Umgehung des Retarders zum Kühler leitet. Parallel zum Kühler ist eine Bypassleitung zumindest zur teilweisen Umgehung des Kühlers vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen besonders ausfallsicheren Kühlkreislauf - insbesondere für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang - zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.

In besonders vorteilhafter Weise können im Kühlkreislauf Druckspitzen verhindert werden, da der Fluss von Kühlflüssigkeit auf zwei Teilströme unterschiedlichen

Widerstandes aufteilbar ist. Die Leitungsteilung, an der diese Aufteilung erfolgt, kann in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung im Bremsbetrieb vom Retarder mit hoher Leistung geförderte Kühlflüssigkeit - vom Retarder wieder angesaugt - zurück zum Retarder leiten. Damit lässt sich für einen Großteil der geförderten Kühlflüssigkeit ein kleiner Kurzschlusskreislauf herstellen, der eine freie Druckeinstellung in einem großen Verbrennungsmotorkreislauf ermöglicht. Es lässt sich der Druckverlust am Verbrennungsmotor auf einen nahezu konstanten Wert einstellen. Während in dem einen Teilstrom der Retarder angeordnet ist, ist in dem anderen Teilstrom eine Drossel angeordnet. Diese Drossel kann in besonders kostengünstiger Weise eine Drosselblende sein, deren Strömungsquerschnitt auf den Kühlkreislauf abgestimmt ist. Es ist jedoch auch möglich, ein variabel geregeltes/gesteuertes Drosselventil oder eine Drosselleitung mit durchgehend engem Innendurchmesser vorzusehen.

Wegen des Retarders wird gegenüber Fahrzeugen ohne Retarder eine relativ große Menge Kühlflüssigkeit benötigt. Infolge des im Verbrennungsmotor relativ konstant einstellbaren Druckes kann der Kühlkreislauf neben dieser hohen Menge Kühlflüssigkeit sogar die zusätzliche Menge Kühlflüssigkeit für einen Abgaswärmeüberträger einer Abgasrückführung aufnehmen, ohne dass es zu Problemen kommt. Selbst Fahrzeuge mit Abgasrückführung können demzufolge ohne aufwändige Anpassungen sowohl mit Retarder, als auch ohne Retarder ausgeführt werden. Es kann insbesondere problemlos die gleiche Kühlflüssigkeitspumpe vorgesehen sein. Es ist somit möglich die beiden Ausstattungvarianten eines Fahrzeugs mit und ohne Retarder in kostengünstiger Weise hinsichtlich der Kühlflüssigkeitspumpen zu vereinheitlichen.

Die Pumpwirkung des Retarders im Bremsbetrieb führt zu einer deutlichen Erhöhung des Teilstroms über den Retarder gegenüber dem Teilstrom über die Drossel. Ein Vorteil der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 8 ist, dass mittels eines Rückschlagventils bzw. einer Rückschlagklappe extrem große Drücke des pumpenden Retarders nicht zu einer Förderung von sehr heißer Kühlflüssigkeit zurück in den Retarder führen können. Das Rückschlagventil kann dabei diese Flussrichtung gesteuert oder ungesteuert sperren. Bei einer solchen Sperrung mittels Rückschlagventil strömt die gesamte Kühlflüssigkeit durch den Retarder.

überschreitet die Kühlflüssigkeit bei überlastung infolge extremen Dauerbetriebs des Retarders eine Grenztemperatur so ist der Retarder nicht mehr zuschaltbar und die Bremsung erfolgt nur noch über die Scheibenbremsen und gegebenenfalls einer Motorbremse. Da im Bremsbetrieb des Retarders ein Teilstrom nicht durch den Retarder fließt, sondern durch die Drossel, kann der Retarder diesen Teilstrom nicht auf die für bekannte Fahrzeuge mit Retarder übliche maximale Grenztemperatur erhöhen. Die Folge ist eine reduzierte Dauerbremsleistung. Durch eine gezielte Erhöhung dieser Grenztemperatur auf eine übertemperatur am Ausgang des Retarders wird die übliche Grenztemperatur nach Stromvereinigung wieder erreicht. Damit nutzt der Retarder die gesamte Kühlkapazität des Kühlers aus. Da der durch die Drossel fließende Teilstrom von der Retar- derdifferenzdrehzahl, dem Retarderbremsmoment, der Verbrennungsmotordrehzahl und einer Thermostatstellung eines Ther- mostats zur überbrückung des Kühlers abhängt, ergibt sich für die übertemperatur ein Kennfeld.

Bei einer Fahrzeugvariante mit Retarder ist gegenüber einer Fahrzeugvariante ohne Retarder zusätzliche Kühlflüssigkeit notwendig. Zur Reduzierung der Druckschwankungen beim Einbzw. Ausschalten des Retarders kann eine Dämpfung vorgesehen

sein. Diese Dämpfung kann in besonders vorteilhafter Weise durch einen Zusatz-Ausgleichsbehälter bzw. durch einen Zusatz-Gasblasenspeicher am Retarder erfolgen. Die Wirksamkeit der Dämpfung hängt von der Drosselwirkung des Anschlusses ab. Dieser Anschluss ist die Füllleitung beim Zusatz- Ausgleichsbehälter bzw. beim Zusatz-Gasblasenspeicher. Ein solcher Zusatz-Ausgleichsbehälter am Retarder kann die Wärmeausdehnung für die zusätzliche Kühlflüssigkeit in den Leitungen des Retarders ausgleichen. Für einen Haupt- Ausgleichsbehälter des Kühlkreislaufes ergeben sich damit gleichwertige Bedingungen zwischen Fahrzeugen mit Retarder und solchen ohne Retarder. Somit kann der gleiche Haupt- Ausgleichsbehälter für Fahrzeuge mit Retarder und solche ohne Retarder verwendet werden.

Durch das Ein- und Ausschalten des Retarders zum Bremsen entstehen kurzfristige Druckschwankungen. Neben der Drossel ist eine weitere Möglichkeit zur Minimierung der Druckschwankungen eine weiche Einstellung des Drehmomentaufbaus während des Ein- und/oder Ausschalten des Retarders. Eine solche Einstellung erfolgt über die Befüllungs- und Entleerungsgeschwindigkeit des Retarders.

Da erfindungsgemäß Druckschwankungen ausgeglichen werden können, kann der Retarder im Kühlkreislauf dem Verbrennungsmotor folgen. Dies ist besonders Vorteilhaft, da dem Verbrennungsmotor somit nicht im Dauerbremsbetrieb aufgeheizte Kühlflüssigkeit zugeführt wird, wie dies beispielsweise beim Wasser- retarder gemäß DE-Z ATZ 4/2003, „Bremsen mit Wasser", Seiten 354 bis 364 der Fall ist.

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung vor.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.

Dabei zeigt die einzige Zeichnung einen Kühlkreislauf eines Antriebsstrangs eines Nutzfahrzeugs. Das Nutzfahrzeug ist dabei mittels eines Retarders 1 abbremsbar, dessen Arbeitsmedium eine Kühlflüssigkeit des Kühlkreislaufs eines Verbrennungsmotors 2 ist. Dieser Verbrennungsmotor 2 wird mittels eines nicht näher dargestellten Getriebes übersetzt und treibt das Nutzfahrzeug an. Dabei kann der Retarder 1 vor dem Getriebe oder nach dem Getriebe angeordnet sein, so dass es sich um einen Primär-Wasserretarder oder einen Sekundär- Wasserretarder handelt. Ein Wasserretarder ist ausführlich in der DE-Z ATZ 4/2003, „Bremsen mit Wasser", Seiten 354 bis 364 beschrieben. In dem hier dargestellten Beispiel handelt es sich um einen Sekundär-Wasserretarder . Mittels des Retarders

I ist der Antriebsstrang abbremsbar, so dass eine üblicherweise als Scheibenbremse an den Fahrzeugrädern angeordnete Betriebsbremse entlastet wird und eine höhere Lebensdauer aufweist.

Der Verbrennungsmotor 2 wird von einer Kühlflüssigskeitspumpe

II mit Kühlflüssigkeit versorgt. Die Kühlflüssigkeitspumpe 11 pumpt die Kühlflüssigkeit durch einen ölkühler 100, entlang Zylinderlaufbuchsen 101 und durch Zylinderköpfe 102. Nachdem die Kühlflüssigkeit dort vom Verbrennungsmotor 2 Wärme aufgenommen hat, fließt die Kühlflüssigkeit durch einen Kühlflüs- sigkeitssammler 4 der eine Leitungsteilung darstellt. Von dort wird die Kühlflüssigkeit nämlich in einem ersten Teilstrom durch einen Drosselkanal 103 mit einer Drosselblende 5 und in einem zweiten Teilstrom durch eine Leitung 110 zu dem Retarder 1 geleitet. Vom Retarder 1 fließt die Kühlflüssigkeit über eine Rückflussleitung 6 und eine Kühlerzuflussleitung 104 zu einem Kühler 7. In diese Kühlerzuflussleitung 104

mündet an einer Einmündung 9 auch der Drosselkanal 103, in welchem die Drosselblende 5 liegt. Damit erstreckt sich der Drosselkanal 103 von der Kühlflüssigkeitssammler 4 zur Einmündung 9.

Vom Kühler 7 fließt die Kühlflüssigkeit über ein Thermostatventil 10 zurück zur Kühlflüssigkeitspumpe 11. Parallel zum Kühler 7 ist eine Bypassleitung 12 geschaltet, die einerseits in dieses Thermostatventil 10 einmündet. Andererseits mündet die Bypassleitung 12 in die Einmündung 9 ein. Somit ist mittels der Bypassleitung 12 der Kühler 7 zumindest teilweise umgehbar. Je höher die Temperatur am Thermostatventil 10, desto mehr Kühlflüssigkeit leitet das Thermostatventil 10 ü- ber den Kühler 7. Ab einer oberen Grenztemperatur wird der gesamte Fluss von Kühlflüssigkeit über den Kühler 7 geleitet. Unter einer unteren Grenztemperatur wird der gesamte Fluss von Kühlflüssigkeit parallel am Kühler 7 vorbei geleitet. Der Kühler 7 wird dabei von einem Lüfter 14 gekühlt, der vom Verbrennungsmotor 2 angetrieben wird.

Die Drosselblende 5 ist mit einem festen Strömungsquerschnitt ausgeführt. Dieser Strömungsquerschnitt der Drosselblende 5 ist dabei derart auf den Kühlkreislauf abgestimmt, dass sich der Druckverlust am Verbrennungsmotor 2 auf einen nahezu konstanten Wert einstellt. Fördert der Retarder 1 im Bremsbetrieb infolge der hohen Pumpleistung mehr Kühlflüssigkeit, als die Kühlflüssigkeitspumpe liefert, so fließt die Kühlflüssigkeit über die Rückflussleitung 6, die Einmündung 9 und die Drosselleitung 103 wieder in den Kühlflüssigkeitssammler 4. Von dort wird die Kühlflüssigkeit wieder in den Retarder 1 gesaugt. Somit ist auch bei der im Verhältnis zur Förderleistung der Kühlflüssigkeitspumpe 11 sehr hohen Förderleistung des Retarders 1 sichergestellt, dass es nicht zu Druckspitzen in der Rückflussleitung 6, in der Kühlerzuflussleitung 104

und im Kühler 7 kommt. Es bilden sich nämlich zwei miteinander gekoppelte Unterkreisläufe 16, 17. Der eine Unterkreislauf 16 ist als Kurzschlusskreislauf des Retarders 1 ausgeführt. Der andere Unterkreislauf 17 ist als Verbrennungsmotorkreislauf ausgeführt und umfasst den Kühler 7. Damit dient die Drosselleitung 103 auch als Druckausgleich zwischen den beiden Unterkreisläufen 16 und 17, so dass die Kühlflüssig- keitspumpe 11 und der Retarder 1 sowohl parallel, als auch in Reihe geschaltet sind.

Bei der normalen Fahrt mittels des Verbrennungsmotors 2 ist der Retarder 1 auf „kein Bremsbetrieb" geschaltet. Dabei wird der eine kleine Teilstrom der Kühlflüssigkeit mittels eines nicht näher dargestellten Ventils am Retarder vorbei zur Rückflussleitung 6 geleitet. Der große Teilstrom der Kühlflüssigkeit wird hingegen durch die Drosselleitung 103 geleitet. Die beiden Teilströme vereinigen sich an der Einmündung 9. Damit ergibt sich für den Unterkreislauf 16 ein Parallelstrom der sich infolge der Widerstände aufteilt, wobei der Hauptvolumenstrom über die Drosselleitung 103 strömt. Dieser Hauptvolumenstrom kann bei 80% liegen.

Wird der Retarder 1 hingegen auf „Bremsbetrieb" schaltet, fließt die Kühlflüssigkeit durch den Retarder 1. Da der Retarder 1 im aktiven Zustand mit der besagten hohen Förderleistung pumpt, erhöht sich der Kühlflüssigkeitsstrom im Unterkreislauf 16. Solange der Retarder 1 weniger pumpt, als die Kühlflüssigkeitspumpe 11 fördert, fließt die Kühlflüssigkeit über

- die Rückflussleitung 6 und

— die Drosselleitung 103 zur Einmündung 9 und damit zum Kühler 7 bzw. zur Bypasslei- tung 12. Fördert der Retarder 1 die gleiche Menge Kühlflüssigkeit, wie die Kühlflüssigkeitspumpe 11, so steht die Kühl-

flüssigkeit in der Drosselleitung 103. Fördert der Retarder 1 mehr Kühlflüssigkeit, als die Kühlflüssigkeitspumpe 11 liefert, so saugt der Retarder 1 Kühlflüssigkeit über den Kühl- flüssigkeitssammler 4 und die Drosselleitung 103 an, so dass ein Teil der Kühlflüssigkeit im Unterkreislauf 16 zirkuliert.

Der Kühlkreislauf weist ferner einen Ausgleichstank 107 und eine Innenraumheizung 108 auf.

Es ist eine Abgasrückführung vorgesehen. Diese ist mit einem Abgasturbolader und gegebenenfalls einem Turbo-Compound gekoppelt. Eine solche Kombination mit Abgasturbolader und Turbo-Compound ist besonders vorteilhaft, da das Turbo-Compound den Abgasdruck nach einem Abgaskrümmer staut, so dass ein relativ hoher Druck an einem Abgasrückführventil zur Verfügung steht. Mit einem solchen hohen Druck lässt sich ein Abgas einfacher gegen den Ladedruck des Abgasturboladers in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors 2 drücken. Um mittels der Verhinderung von Hitzenestern im Verbrennungsraum die Stickoxide NO _x im Abgas gering zu halten, wird der Abgasstrom mittels eines Abgaswärmeüberträgers 30 gekühlt. Dieser Abgaswärmeüberträger 30 ist zwischen dem ölkühler 100 und dem Kühl- flüssigkeitssammler 4 in den Kühlkreislauf eingebunden, so dass der Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors 2 und des Re- tarders 1 auch den Abgaswärmeüberträger 30 und das Abgas kühlt. Dabei mündet ein Abgasrückführventil 21 einerseits in den Kühlflüssigkeitssammler 4 und andererseits in die Ausgangsleitung 20 des Abgaswärmeüberträgers 30.

Zur Reduzierung von Druckschwankungen beim Ein- bzw. Ausschalten des Retarders 1 ist eine nicht näher dargestellte Dämpfung vorgesehen. Diese Dämpfung kann durch den Ausgleichsbehälter bzw. durch einen Gasblasenspeicher am Retarder 1 erfolgen. Die Wirksamkeit der Dämpfung hängt von der

Drosselwirkung der Anschlüsse - d.h. der Füllleitung des Ausgleichsbehälter bzw. des Gasblasenspeichers - ab. Zu geringe Querschnitte können einen Druckimpuls infolge des Schaltvorgangs am Retarder 1 nicht ausreichend dämpfen.

In einer alternativen Ausgestaltung kann die Drossel 5 mit einem entgegen der Flussrichtung 23 von der Kühlflüssigkeits- pumpe 11 zum Kühler 7 sperrendem Rückschlagventil versehen sein. Kommt es infolge der hohen Pumpwirkung des Retarders 1 dazu, dass Kühlflüssigkeit entgegen der Förderleistung der Kühlflüssigkeitspumpe 11 in den Retarder 1 gepumpt werden würde, so schließt das Rückschlagventil den Drosselungsabschnitt. Dann strömt die gesamte Kühlflüssigkeit über den Retarder 1.

In einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist anstelle der Drosselblende ein variabel geregeltes Drosselventil vorgesehen. Dabei kann das Drosselventil stets zumindest ein wenig geöffnet gehalten werden. Mittels des Drosselventils wird dabei der Druckverlust am Verbrennungsmotor auf einen konstanten Wert eingeregelt. Dazu kann ein Drucksensor im Kühlsystem des Verbrennungsmotors vorgesehen sein. Dieser regelt dann über eine Signalleitung das Drosselventil.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.