DE19621675A1

DE19621675A1 - Combustion engine coolant circuit

Info

Publication number: DE19621675A1
Application number: DE1996121675
Authority: DE
Inventors: Henryk Bednarek; Robert Salzberger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 1997-12-04

Abstract

The thermostat valve (4) controlling coolant flow through the cooler (5) is regulated between maximum and minimum values assisted by an optionally flowed heat storage (3) so when the coolant flow temperature equals or exceeds that of the minimum regulated temperature which may be 3 deg. If the regulated valve value falls, the storage is kept out of the flow. In this case, a circulating pump (P2) allocated to heat storage and its parallel heat exchanger (2) is cut out, assuming there is no heat demand on the exchanger. The coolant temperature may be found in the proximity of the engine and the heat storage temperature is taken as the coolant temperature at the storage outlet (7). Thus should the valve value fall from 105 deg C to 90 deg C in a case where the storage is at 95 deg due to incomplete loading, valves (2,3) are kept shut whilst the thermostatic valve value is lowered.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine mit einem den Kühlmittelstrom durch einen Kühler steuernden Thermostatventil, dessen Re geltemperatur zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert veränderbar ist, sowie mit einem wahlweise durchströmbaren Wärmespeicher. Ein Thermostat ventil, dessen Regeltemperatur zwischen einem Minimalwert und einem Maximal wert veränderbar ist und das auch als regelbares Thermostatventil bezeichnet wer den kann, ist beispielsweise in der DE 42 33 013 A1 gezeigt, während ein Kühl mittelkreislauf mit einem nichtregelbaren Thermostatventil sowie einem wahlweise durchströmbaren Wärmespeicher aus der EP 0340 621 A2 bekannt ist.The invention relates to a coolant circuit of an internal combustion engine with a the coolant flow through a radiator-controlling thermostatic valve, the Re gel temperature can be changed between a minimum value and a maximum value is, as well as with an optionally flowable heat storage. A thermostat valve whose control temperature is between a minimum value and a maximum value is changeable and that is also referred to as an adjustable thermostatic valve that can be shown, for example, in DE 42 33 013 A1 while cooling middle circuit with a non-adjustable thermostatic valve and an optional one flowable heat accumulator is known from EP 0340 621 A2.

Der aus der letztgenannten Schrift bekannte Brennkraftmaschinen-Kühlmittelkreis lauf, der auch zur Beheizung eines von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeuges herangezogen wird, hat aufgrund des Wärmespeichers, der ins besondere als Latentwärmespeicher ausgebildet sein kann, immense Vorteile. Mit der im Wärmespeicher gespeicherten Wärmemenge läßt sich nämlich nicht nur das Fahrzeug vorheizen bzw. anschließend an einen Kaltstart die Brennkraftma schine schneller beheizen, sondern es kann auch die Kühlmitteltemperatur und somit die Brennkraftmaschine anschließend an einen Kaltstart schneller auf ihre Betriebstemperatur gebracht werden. Dies hat einen niedrigeren Kraftstoffver brauch sowie verringerte Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine zur Folge. In die gleiche Richtung zielt der Einsatz eines den Kühlmittelstrom durch einen Kühler steuernden Thermostatventiles, dessen Regeltemperatur veränderbar ist. Während in hohen Lastpunkten oder Lastbereichen der Brennkraftmaschine mit üblichen Kühlmitteltemperaturen von beispielsweise 85°C gefahren wird, kann bei Niederlastbetrieb durch entsprechend verringerte Rückkühlung des Kühlmittels im Kühler eine höhere Kühlmitteltemperatur eingestellt werden, unter anderem des halb, weil in diesen niedrigen Lastpunkten bzw. Lastbereichen die Klopfgrenze im Hinblick auf die Zündwinkel der fremdgezündeten Brennkraftmaschine nicht be rücksichtigt werden muß. Eine höhere Kühlmitteltemperatur, die in höheren Lastpunkten der Brennkraftmaschine beispielsweise wegen der Klopfgrenze nicht akzeptabel ist, führt auch aufgrund der dadurch höheren Schmiermitteltemperatur zu geringeren Reibungsverlusten und somit günstigeren Verbrauchswerten der Brennkraftmaschine. Dieser geschilderte Sachverhalt ist dem Fachmann bekannt.The internal combustion engine coolant circuit known from the latter document run, which is also used to heat one driven by the internal combustion engine Motor vehicle is used because of the heat accumulator, which ins special as latent heat storage can be immense advantages. With the amount of heat stored in the heat store can not only preheat the vehicle or after a cold start the internal combustion engine Heat the machine faster, but it can also reduce the coolant temperature and thus the internal combustion engine faster after a cold start Operating temperature. This has a lower fuel consumption consumption and reduced pollutant emissions from the internal combustion engine. The use of a coolant flow through one aims in the same direction Radiator-controlling thermostatic valve, the control temperature of which can be changed. While with the engine at high load points or load ranges usual coolant temperatures of, for example, 85 ° C can be at Low load operation due to a correspondingly reduced cooling of the coolant in the A higher coolant temperature can be set, including the half, because in these low load points or load ranges the knock limit in With regard to the ignition angle of the spark ignition internal combustion engine not be must be taken into account. A higher coolant temperature that in higher Load points of the internal combustion engine, for example, not because of the knock limit is acceptable, also due to the higher lubricant temperature to lower friction losses and thus more favorable consumption values of the Internal combustion engine. This fact described is known to the person skilled in the art.

Eine Fahrzeug-Brennkraftmaschine mit einem Thermostatventil, dessen Regeltem peratur veränderbar ist, sowie mit einem vom Kühlmittel wahlweise durchström baren Wärmespeicher ist derzeit noch nicht auf dem Markt. Aufgabe der vorliegen den Erfindung ist es, für den Kühlmittelkreislauf einer derartigen Brennkraftma schine eine optimale Regelstrategie aufzuzeigen, derart, daß sowohl die Vorteile des regelbaren Thermostatventiles als auch des Wärmespeichers bestmöglich ge nutzt werden können, ohne hierbei Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.A vehicle internal combustion engine with a thermostatic valve, the regulating temperature can be changed, as well as with a flow of coolant heat storage is not yet on the market. Task of the present the invention is for the coolant circuit of such an internal combustion engine seemed to show an optimal control strategy, such that both the advantages the adjustable thermostatic valve as well as the heat accumulator in the best possible way can be used without having to accept disadvantages.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß im Falle einer gegenüber dem Minimalwert der Regeltemperatur gleichen oder höheren Temperatur des umgewälzten Kühlmit tels der Wärmespeicher nur dann durchströmt wird, wenn diese Kühlmittel-Tempe ratur um einen Differenzbetrag oberhalb derjenigen des Wärmespeichers liegt. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.According to the invention it is provided that in the case of a compared to the minimum value the control temperature is the same or higher than the temperature of the circulated cooling medium flow through the heat accumulator only when this coolant temperature rature is a difference above that of the heat storage. Advantageous training and further education are included in the subclaims.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beigefügten einzigen Figur dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei ist dieser gezeigte Kühlmittelkreislauf im wesentlichen gleich dem aus der bereits zitierten EP 0 340 621 A2 bekannten Kühlmittelkreislauf.A preferred embodiment of the invention is in the accompanying single Figure shown and is explained in more detail below. This is shown Coolant circuit essentially identical to that from EP 0 340 621 A2 already cited known coolant circuit.

Mit der Bezugsziffer 1 ist eine Brennkraftmaschine bezeichnet, dessen Kühlmittel in einem durch Linien dargestellten Kreislauf umgewälzt wird. Hierzu ist insbeson dere eine Kühlmittelpumpe P1 vorgesehen, daneben dient eine hilfsweise ange ordnete Umwälzpumpe P2 dazu, bei Stillstehen der Brennkraftmaschine und somit Stillstehen der Kühlmittelpumpe P1 Kühlmittel durch zwei Heizungs-Wärme tauscher 2 zu fördern. Dieses Kühlmittel kann dabei auch einen Wärmespeicher 3 durchströmen, aus dem somit Wärme entzogen werden und dem Heizungs-Wär metauscher 2 zugeführt werden kann. Realisierbar ist dies - wie in der EP 0340 621 A2 ausführlich beschrieben ist - durch entsprechende Schaltung der Ventile V1, V2, V3, V4, V5.Reference number 1 denotes an internal combustion engine, the coolant of which is circulated in a circuit represented by lines. For this purpose, in particular a coolant pump P1 is provided, in addition an auxiliary circulating pump P2 is used to promote coolant by two heating and heat exchangers 2 when the internal combustion engine is stationary and the coolant pump P1 is therefore at a standstill. This coolant can also flow through a heat accumulator 3 , from which heat is thus removed and the heating heat exchanger 2 can be supplied. This can be achieved - as described in detail in EP 0340 621 A2 - by switching the valves V1, V2, V3, V4, V5 accordingly.

An der Brennkraftmaschine 1 ist ein Thermostatventil 4 angebracht, welches den ebenfalls durch mit Pfeilen versehenen Linien dargestellten Kühlmittelstrom durch einen Kühler 5 steuert. Wie bekannt, wird bei kaltem Kühlmittel kein Kühlmittel strom durch den Kühler 5 gefördert, während beispielsweise bei Kühlmitteltempera turen < 85°C der Kühler 5 durchströmt und somit eine Rückkühlung des in der Brennkraftmaschine 1 erwärmten Kühlmittels ermöglicht wird.A thermostatic valve 4 is attached to the internal combustion engine 1 and controls the coolant flow through a radiator 5 , which is also shown by the arrows. As is known, no coolant flow is conveyed through the cooler 5 when the coolant is cold, while for example at coolant temperatures <85 ° C. the cooler 5 flows through and thus enables the coolant heated in the internal combustion engine 1 to be recooled.

Die Regeltemperatur, bei welcher das Thermostatventil 4 eine Durchströmung des Kühlers 5 freigibt, ist hier gezielt veränderbar, d. h. es handelt sich um ein regelba res Thermostatventil 4. Wahlweise kann somit die Regeltemperatur zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert, beispielsweise zwischen 85°C und 110°C eingestellt werden, so daß sich durch entsprechende Rückkühlung des Kühlmittels im Kühler 5 eine dementsprechende Kühlmitteltemperatur in Höhe der jeweils eingestellten Regeltemperatur des Thermostatventils 4 einstellt. Die als Kühlmittel-Temperatur bezeichnete Temperatur des umgewälzten Kühlmittels wird dabei bevorzugt nahe der Brennkraftmaschine ermittelt, und zwar insbesondere im Bereich des Eintritts des Kühlmittels in die Brennkraftmaschine 1. Ebenso kann jedoch auch die Temperatur im Austrittsbereich aus der Brennkraftmaschine 1 einen repräsentativen Wert für die Kühlmitteltemperatur darstellen.The control temperature at which the thermostatic valve 4 releases a flow through the cooler 5 can be specifically changed here, ie it is a regulatable thermostatic valve 4 . Optionally, the control temperature can thus be set between a minimum value and a maximum value, for example between 85 ° C and 110 ° C, so that a corresponding coolant temperature in the amount of the respectively set control temperature of the thermostatic valve 4 is set by appropriate cooling of the coolant in the cooler 5 . The temperature of the circulated coolant, referred to as the coolant temperature, is preferably determined near the internal combustion engine, in particular in the region of the entry of the coolant into the internal combustion engine 1 . Likewise, however, the temperature in the outlet area from the internal combustion engine 1 can also represent a representative value for the coolant temperature.

Der bereits kurz erwähnte Wärmespeicher 3 wird ebenfalls vom Kühlmittel der Brennkraftmaschine durchströmt und kann hierbei entweder Wärme an das Kühl mittel abgeben oder Wärme vom Kühlmittel aufnehmen, d. h. entladen werden oder beladen werden. Ist die Brennkraftmaschine 1 und somit auch die Kühlmittel pumpe P1 im Betrieb, so wird der Wärmespeicher 3 stets entsprechend Pfeilrich tung 6 durchströmt. Um nun sicherzustellen, daß der Wärmespeicher 3 bei be triebswarmer Brennkraftmaschine 1, d. h. dann, wenn das umgewälzte Kühlmittel bereits relativ hoch temperiert ist, nicht unnötigerweise entladen wird, wird der Wärmespeicher 3 nur dann durchströmt, wenn die Kühlmitteltemperatur um einen Differenzbetrag oberhalb derjenigen des Wärmespeichers liegt. Dieser soeben genannte Zustand der betriebswarmen Brennkraftmaschine liegt im übrigen dann vor, wenn die Kühlmittel-Temperatur (= Temperatur des umgewälzten Kühlmittels) gleich oder höher ist als der Minimalwert der Regeltemperatur des Thermostatventi les 4.The already briefly mentioned heat accumulator 3 is also flowed through by the coolant of the internal combustion engine and can either give off heat to the coolant or absorb heat from the coolant, ie be discharged or loaded. If the internal combustion engine 1 and thus also the coolant pump P1 in operation, the heat accumulator 3 is always flowed through in the direction of the arrow 6 . In order to ensure that the heat accumulator 3 is not unnecessarily discharged when the internal combustion engine 1 is at operating temperature, ie when the circulated coolant is already at a relatively high temperature, the heat accumulator 3 is only flowed through when the coolant temperature is a difference above that of the heat accumulator lies. This just-mentioned state of the warm internal combustion engine is present when the coolant temperature (= temperature of the circulated coolant) is equal to or higher than the minimum value of the control temperature of the Thermostatventi les 4th

Die Temperatur des Wärmespeichers kann beispielsweise direkt im Wärmespei cher 3 gemessen werden, sie kann jedoch mit ausreichender Genauigkeit auch durch die Kühlmittel-Temperatur im Bereich des Austritts aus dem Wärmespeicher, d. h. durch die Kühlmittel-Temperatur an der Stelle 7 repräsentiert werden. Der oben genannte Differenzbetrag, um welchen die nahe der Brennkraftmaschine 1 ermittelte Temperatur des umgewälzten Kühlmittels höher sein soll, als diejenige des Wärmespeichers, wenn die Bedingungen für ein Durchströmen desselben er füllt sein soll, kann beispielsweise in der Größenordnung von 3 liegen. Beträgt nun beispielsweise die an der Stelle 7 ermittelte Temperatur des Wärmespeichers 90°C und liegt der Minimalwert der Regeltemperatur des Thermostatventiles 4 bei dem bereits beispielhaft erwähnten Wert von 85°C, so wird erfindungsgemäß der warme Speicher 3 nur dann durchströmt, wenn die Kühlmittel-Temperatur 93°C oder mehr beträgt. Nur dann ist das Ventil V3 bei geschlossenem Ventil V2 geöffnet. Ist jedoch die Temperatur des umgewälzten Kühlmittels bzw. die nahe der Brennkraftmaschine 1 ermittelte Kühlmittel-Temperatur niedriger als 93°C, so sind die beiden Ventile V3 und V2 geschlossen, so daß der Wärmespeicher 3 nicht vom Kühlmittel durchströmt wird und somit auch nicht unerwünschtermaßen entladen werden kann.The temperature of the heat accumulator can, for example, be measured directly in the heat accumulator 3 , but it can also be represented with sufficient accuracy by the coolant temperature in the area where it exits the heat accumulator, ie by the coolant temperature at point 7 . The above-mentioned difference, by which the temperature of the circulated coolant determined near the internal combustion engine 1 is to be higher than that of the heat accumulator, if the conditions for a flow through it are to be met, may be in the order of 3, for example. If, for example, the temperature of the heat accumulator determined at point 7 is 90 ° C. and the minimum value of the control temperature of the thermostatic valve 4 is 85 ° C., the warm accumulator 3 is only flowed through according to the invention when the coolant Temperature is 93 ° C or more. Only then is valve V3 opened when valve V2 is closed. However, if the temperature of the circulated coolant or the coolant temperature determined near the internal combustion engine 1 is lower than 93 ° C., the two valves V3 and V2 are closed, so that the heat accumulator 3 is not flowed through by the coolant and thus does not discharge undesirably can be.

Indem, wie angegeben, der Wärmespeicher 3 im Falle einer gegenüber dem Mini malwert der Regeltemperatur gleichen oder höheren Temperatur des umgewälzten Kühlmittel nur dann durchströmt wird, wenn diese Kühlmittel-Temperatur um einen Differenzbetrag oberhalb derjenigen des Wärmespeichers liegt, ist sichergestellt, daß der Wärmespeicher 3 bestmöglichst beladen wird, und zwar letztendlich auf einen Temperaturwert hin, der dem Maximalwert der Regeltemperatur des Ther mostatventiles 4 sehr nahe kommt. Wie klar verständlich ist, wird bei einer stets zunehmenden Beladung des Wärmespeichers 3 und folglich bei einer kontinuierli chen Temperaturerhöhung im Wärmespeicher 3 aufgrund der vorgeschlagenen Regelstrategie nur noch dann Kühlmittel durch den Wärmespeicher 3 hindurchge schickt, wenn dieses Kühlmittel noch etwas wärmer ist, nämlich wenn dessen Temperatur um den genannten Differenzbetrag höher ist als die Temperatur des Wärmespeichers 3. Durch Grenzwertbetrachtung ergibt sich somit für den Wärme speicher 3 letztendlich eine Temperatur, die dem um den genannten Differenzbe trag verringerten Maximalwert der Regeltemperatur des Thermostatventiles 4 ent spricht.By, as indicated, the heat accumulator 3 in the case of a temperature of the circulating coolant which is the same or higher than the minimum value of the control temperature only when this coolant temperature is a difference above that of the heat accumulator, it is ensured that the heat accumulator 3 is loaded as best as possible, and ultimately to a temperature value that comes very close to the maximum value of the control temperature of the thermostatic valve 4 . As is clearly understandable, with an ever increasing loading of the heat accumulator 3 and consequently with a continuous increase in temperature in the heat accumulator 3 due to the proposed control strategy, coolant is only sent through the heat accumulator 3 when this coolant is somewhat warmer, namely when it is Temperature is higher than the temperature of the heat accumulator 3 by the said difference. By considering the limit value, this ultimately results in a temperature for the heat accumulator 3 which corresponds to the maximum value of the control temperature of the thermostatic valve 4 reduced by the mentioned difference difference.

Aus diesem Grunde ist es empfehlenswert, im Falle einer Absenkung des Regel temperatur-Wertes des Thermostatventiles 4 eine Durchströmung des Wärmespei chers 3 zu verhindern bzw. zu unterbinden. Beispielsweise betrage zunächst die Regeltemperatur 105°C, während die Temperatur des Wärmespeichers 3 auf grund noch nicht vollständiger Beladung bei 95°C liege. Wird nun der Regel temperatur-Wert des Thermostatventiles auf beispielsweise 90°C abgesenkt, so könnte zumindest während einer kurzen Zeitspanne dementsprechend abgekühl tes Kühlmittel in den Wärmespeicher 3 gelangen und diesem dabei unerwünsch termaßen Wärme entziehen. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, stets bei einer Absenkung des Regeltemperatur-Wertes des Thermostatventiles 4 die Ventile V2 und V3 geschlossen zu halten, auch weil andernfalls durch Wärme abgabe aus dem Wärmespeicher 3 die gewünschte Temperaturabsenkung des Kühlmittels zeitlich verzögert erfolgen würde.For this reason, it is recommended to prevent or prevent a flow through the heat accumulator 3 in the event of a reduction in the control temperature value of the thermostatic valve 4 . For example, the control temperature would initially be 105 ° C, while the temperature of the heat accumulator 3 would be 95 ° C due to incomplete loading. If the control temperature value of the thermostatic valve is lowered to, for example, 90 ° C., then at least for a short period of time, correspondingly cooled coolant could get into the heat accumulator 3 and thereby remove undesired heat. For this reason, it is proposed to always keep the valves V2 and V3 closed when the control temperature value of the thermostatic valve 4 is reduced, also because otherwise the desired temperature reduction of the coolant would take place with a time delay due to heat being released from the heat accumulator 3 .

Wie die Figurendarstellung zeigt ist die separate Umwälzpumpe P2 für den dem Wärmespeicher 3 sowie die Heizungs-Wärmetauscher 2 durchströmenden Teil zweig des Kühlmittelkreislaufes vorgesehen. Wird nun aufgrund der bislang erläu terten Randbedingungen der Wärmespeicher 3 nicht durchströmt und wird gleich zeitig an den Heizungs-Wärmetauschern 2 keine Wärmeabgabe nachgefragt, so muß in diesem Teilzweig des Kühlmittelkreislaufes überhaupt kein Kühlmittel um gewälzt werden. Aus diesem Grunde kann dann die Umwälzpumpe P2 außer Be trieb gesetzt werden. Die Tatsache, daß an den Heizungs-Wärmetauschern 2 keine Wärmeabgabe nachgefragt wird, ist beim hier gezeigten Ausführungsbeispiel daraus ableitbar, daß die beiden Ventile V4 und V5, die von einer elektronischen Heizungssteuerung angesteuert werden, geschlossen sind. Jedoch kann dies so wie eine Vielzahl weiterer Details durchaus abweichend vom gezeigten Ausfüh rungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. Stets erhält man eine optimale Nutzung des insbesondere als Latent-Wärmespei cher ausgebildeten Wärmespeichers 3 durch Erzielung höchstmöglicher Speicher ladetemperaturen bzw. Wärmespeicher-Temperaturwerte. Eine unerwünschte Entladung des Wärmespeichers 3 wird vermieden, daneben wird vorteilhafterweise die gezielte Einstellung einer gewünschten Kühlmitteltemperatur mittels des hin sichtlich seiner Regeltemperatur veränderbaren Thermostatventiles 4 durch den Wärmespeicher 3 nicht beeinflußt.As the figure shows, the separate circulation pump P2 is provided for the part of the coolant circuit which flows through the heat accumulator 3 and the heating heat exchanger 2 . If, due to the boundary conditions previously explained, the heat accumulator 3 is not flowed through and, at the same time, no heat output is demanded from the heating heat exchangers 2, then no coolant at all has to be circulated in this branch of the coolant circuit. For this reason, the circulation pump P2 can then be deactivated. The fact that there is no demand for heat at the heating heat exchangers 2 can be derived in the exemplary embodiment shown here from the fact that the two valves V4 and V5, which are controlled by an electronic heating control, are closed. However, like a number of other details, this can be designed in a manner deviating from the exemplary embodiment shown without departing from the content of the claims. You always get optimal use of the heat accumulator 3, which is designed in particular as a latent heat accumulator, by achieving the highest possible storage charge temperatures or heat accumulator temperature values. An undesired discharge of the heat accumulator 3 is avoided, in addition, the targeted setting of a desired coolant temperature by means of the thermostatic valve 4 , which can obviously be changed to its control temperature, is not influenced by the heat accumulator 3 .

Claims

1.Coolant circuit of an internal combustion engine with a thermostat valve ( 4 ) controlling the coolant flow through a cooler ( 5 ), the control temperature of which can be varied between a minimum value and a maximum value, and with an optionally flowable heat accumulator ( 3 ), in the case of one compared to the minimum value the control temperature moving surfaces or higher temperature of the coolant circulated to the heat store (3) is only then flows when the coolant temperature is above that of the heat store (3) by a differential amount.

2. coolant circuit according to claim 1, characterized in that the difference is of the order of 3 °.

3. Coolant circuit according to claim 1 or 2, wherein in the event of a reduction in the control temperature value of the thermostatic valve ( 4 ), a flow through the heat accumulator ( 3 ) is prevented.

4. Coolant circuit according to one of the preceding claims, wherein when the heat accumulator ( 3 ) is not flowed through, a separate, the heat accumulator ( 3 ) and a heating-heat exchanger ( 2 ) arranged in parallel therewith, circulation pump (P2) is deactivated , if there is no demand for heat output from the heating heat exchanger ( 2 ).

5. Coolant circuit according to one of the preceding claims, wherein the temperature of the circulated coolant near the internal combustion engine ( 1 ) is determined and the temperature of the heat accumulator ( 3 ) by the coolant temperature in the region of the outlet (point 7 ) from the heat accumulator ( 3rd ) is represented.