EP0664383B1 - Cooling system for an internal combustion engine - Google Patents
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- EP0664383B1 EP0664383B1 EP95100448A EP95100448A EP0664383B1 EP 0664383 B1 EP0664383 B1 EP 0664383B1 EP 95100448 A EP95100448 A EP 95100448A EP 95100448 A EP95100448 A EP 95100448A EP 0664383 B1 EP0664383 B1 EP 0664383B1
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- internal combustion
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
- F01P7/00—Controlling of coolant flow
- F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
- F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
- F01P7/167—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control by adjusting the pre-set temperature according to engine parameters, e.g. engine load, engine speed
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- F01P2025/00—Measuring
- F01P2025/08—Temperature
- F01P2025/36—Heat exchanger mixed fluid temperature
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
- F01P2070/00—Details
- F01P2070/04—Details using electrical heating elements
Definitions
- the invention relates to a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle with a radiator and a thermostatic valve that controls the temperature of the coolant in a warm-up mode, a mixed mode and a cooler operation is controllable, the thermostatic valve contains an expansion element to reduce the coolant temperature is electrically heated.
- the thermostatic valve regulates the flow of the coolant between the internal combustion engine and the radiator such that during the warm-up operation that of the internal combustion engine coming coolants essentially bypassing the cooler through a short circuit to Internal combustion engine flows back that during mixed operation the coolant coming from the internal combustion engine partly through the cooler and partly through flows back through the short circuit to the internal combustion engine and that during the cooler operation that of the internal combustion engine coming coolant essentially through flows back through the radiator to the internal combustion engine.
- the electrical heating of the expansion element is used for Enlarging the opening cross section towards the radiator one by the temperature of the coolant in the area opening of the thermostatic valve.
- a cooling system for example from DE 30 18 682 A1.
- the cooling system is in an expansion element an electric heating resistor of a thermostatic valve arranged, the electrical energy through a stationary held working piston can be fed through.
- the feed the electrical energy takes place via a control device, the coolant temperature regulated by the thermostatic valve better than a normal thermostatic valve to be able to keep constant.
- the Actual coolant temperature measured and with a predetermined upper and with a predetermined lower temperature value compared. If the upper temperature value is reached, so the heating resistor with electrical energy supplied so that the thermostatic valve opens further, by an increased cooling capacity and thus a lowering of the Actual coolant temperature can be reached.
- German patent application P 43 24 178 is also a cooling system for one Internal combustion engine of a motor vehicle mentioned above Type described in which the expansion element such is designed so that the coolant temperature without heating of the expansion element in warm-up mode and / or in mixed operation to an upper limit temperature settles.
- the expansion element such is designed so that the coolant temperature without heating of the expansion element in warm-up mode and / or in mixed operation to an upper limit temperature settles.
- There is a control unit in this cooling system provided, depending on the detected operating and / or Environmental variables of the combustion engine heating the Expansion element releases if necessary to the mode of operation the cooling system from warm-up mode or from mixed mode the upper working limit temperature towards mixed operation or cooling operation against the upper working limit temperature lower coolant temperature relocate.
- the expansion element in this cooling system of the thermostatic valve depending on the detected operating and / or environmental variables of the internal combustion engine is used to control the heating of the expansion element an electronic control unit is required in of the detected operating and / or environmental variables of the internal combustion engine processed in a suitable manner and Control of the heating of the expansion element used will.
- the invention has for its object a cooling system of the type mentioned at the outset, as simple as possible, that the operation of the internal combustion engine with respect optimized fuel consumption and emissions can be without in the event of an increased power requirement the performance of the internal combustion engine is reduced is.
- the upper working limit temperature is preferably the same the most economical operating temperature of the internal combustion engine and is slightly smaller than the maximum permissible operating temperature of the internal combustion engine. Preferably is the upper working limit temperature 100 ° C, especially at approx. 105 ° C.
- the maximum allowable Operating temperature is the highest possible temperature, with that the internal combustion engine in normal operation for longer Time can be operated without problems. This will even if the electrical heating of the expansion element fails damage to the internal combustion engine prevented.
- the maximum permissible operating temperature is usually between 105 ° C and 120 ° C.
- the cooling system in normal operation, d. H. not with increased performance requirements, such as e.g. B. in full load operation of the internal combustion engine or at Ascent of the engine driven by the internal combustion engine Motor vehicle, the highest possible operating temperature of the internal combustion engine reached.
- the power consumption of the Internal combustion engine lower, which increases fuel consumption lower and improve the exhaust gas composition leaves.
- a temperature switch which depends on the on or near the radiator outlet detected coolant temperature electrical energy feeds the heatable expansion element in the sense that increased cooling capacity by opening the Thermostatic valve is obtained and thus a reduced Coolant temperature is reached quickly. Too high Coolant or internal combustion engine temperatures at elevated Performance requirement would be reduced Degree of filling and thus a reduced performance of the Lead internal combustion engine.
- the expansion element can be heated, for example time-controlled after a certain predetermined time be switched off again.
- a two-point switch is provided as a temperature switch, whose upper switching point is in the range of 55 ° C to 75 ° C, preferably at 65 ° C and its lower Switching point minimum 5 ° C and maximum 50 ° C below the upper switching point.
- the Invention is the heating of the expansion element again turned off when on or near the radiator outlet detected coolant temperature the lower switching point of the two-point switch.
- the cooling system shown in Fig. 1 for an internal combustion engine 1 comprises a radiator 2. Between the internal combustion engine 1 and the cooler 2 is a coolant pump 3 arranged having a flow of the coolant in the Arrows shown direction generated. From the coolant outlet 4 of the internal combustion engine 1 leads a flow line 5 to the coolant inlet 6 of the radiator 2. From the coolant outlet or output 7 of the cooler 2 leads to Coolant inlet 8 of the internal combustion engine 1 has a return line 9. In the return line 9 is a thermostatic valve 10 with an expansion element, not shown here arranged. It is also in the return line 9 a temperature switch in the form of a two-point switch 11 provided.
- the two-point switch 11 controls the heating of the expansion element of the thermostatic valve 10 depending on the at or near the radiator outlet 7 detected coolant temperature by a electrical heating voltage U to a heating element of the expansion element of the thermostatic valve 10 is applied.
- the thermostatic valve 10 is also via a short-circuit line 12 connected to the flow line 5.
- the cooling system essentially works in three operating modes.
- a first mode of operation the so-called warm-up mode, especially after the cold start of the internal combustion engine 1, the thermostatic valve 10 is set so that the coolant coming from the internal combustion engine 1 Flow over the short-circuit line 12 essentially is completely returned to the internal combustion engine 1.
- the cooling system works in the Mixed operation, d. H. that coming from the internal combustion engine 1 Coolant runs partly through the cooler 2 and partly via the short-circuit line 12 back to the internal combustion engine 1.
- Cooling system in cooler mode d. H. that of the internal combustion engine 10 coming coolant will be essentially complete through the radiator 2 to the internal combustion engine 1 returned.
- the cooling system can be operated by heating the Expansion element of the thermostatic valve 10 by control via an electrical line 13 through which the Thermostatic valve 10 with the two-point switch 11 electrically connected, adjusted in the direction of cooler operation or switched completely to cooler operation will. This reduces the temperature level of the Coolant compared to that with an operation without Heating of the expansion element reached the temperature level. Then the heating of the expansion element of the thermostatic valve 10 by activation by the Two-point switch 11 via the electrical line 13 again interrupted, so the cooler coolant cools the expansion element of the thermostatic valve 10 until it assumes a regulated end position in mixed operation, so that the coolant temperature returns to a final temperature is raised.
- the regulated final temperature in Mixed operation is at the upper working limit temperature fixed.
- the supply of the thermostatic valve 10 with electrical Energy is generated by the two-point temperature switch 11 via the electrical line 13 depending on the at or in the vicinity of the cooler outlet 7 detected coolant temperature controlled. Because the coolant temperature at or near the radiator outlet 7 in a very good approximation Shows the load state of the internal combustion engine 1, this coolant temperature is suitable at or near the cooler outlet 7 is very good for controlling the heating of the expansion element of the thermostatic valve 10. This is the basis for the control of the heating of the Expansion element of the thermostatic valve in constructive very simple and therefore very inexpensive way a simple temperature switch, preferably one Two-point temperature switch can be done. It is with it not required, different company and / or environmental sizes of the internal combustion engine 1 to detect and in an expensive electronic control unit for control heating of the expansion element of the thermostatic valve 10 to process.
- Fig. 2 is the coolant temperature in a diagram T over time t at full load of the internal combustion engine 1 (Fig. 1) shown as it is by means of the invention Cooling system can be reached.
- the expansion element the thermostatic valve 10 (Fig. 1) is for example due to the composition of the expansion material designed upper working limit temperature, for example here a cooling temperature of approx. 105 ° C in the regulated Mixed operation corresponds.
- This coolant temperature of approx. 105 ° C is only possible in partial load operation of the internal combustion engine, where it is appropriate is, by reducing friction, fuel consumption to reduce and at the same time the exhaust gas composition to improve.
- the coolant temperature to optimize consumption always as hot as possible but with performance requirements in the full load range as cool as possible to improve cylinder filling be.
- the expansion element of the thermostatic valve 10 is designed so that the possible adjustment path of the thermostatic valve or the maximum possible opening cross section is not yet set at about 105 ° C.
- the expansion element of the thermostatic valve 10 (FIG. 1) can be heated in such a way that a maximum opening cross-section to the cooler is set in order to reduce the coolant temperature as quickly as possible, thereby completely switching to cooler operation.
- the full load operation is detected in the cooling system according to the invention by the temperature switch in the form of the two-point switch 11 (FIG. 1). If, due to a heavy load on the internal combustion engine, the coolant temperature at or in the vicinity of the radiator outlet 7 (FIG. 1), as shown in FIG.
- the cooling system according to the invention is based on the knowledge that that the coolant temperature at or near the Output 7 of the cooler 2 in a very good approximation represents for the load of the internal combustion engine 1. This finding is in the cooling system according to the invention used in that on or in the immediate vicinity the output 7 of the cooler 2, a temperature switch in Form of a two-point switch 11 is provided, which load-dependent heating of the expansion element of the Thermostat valves 10 in full load operation of the internal combustion engine 1 controls. With this simple type of control heating of the expansion element of the thermostatic valve 10 can rely on the cost-intensive recording of the operating and environmental variables of the internal combustion engine 1 and also dispenses with an expensive electronic control unit will.
- the cooling system according to the invention is suitable therefore especially for motor vehicles of the lower Price segment.
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges mit einem Kühler und einem Thermostatventil, mit dem die Temperatur des Kühlmittels in einem Warmlaufbetrieb, einem Mischbetrieb und einem Kühlerbetrieb regelbar ist, wobei das Thermostatventil ein Dehnstoffelement enthält, das zum Reduzieren der Kühlmitteltemperatur elektrisch beheizbar ist.The invention relates to a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle with a radiator and a thermostatic valve that controls the temperature of the coolant in a warm-up mode, a mixed mode and a cooler operation is controllable, the thermostatic valve contains an expansion element to reduce the coolant temperature is electrically heated.
Dabei regelt das Thermostatventil die Strömung des Kühlmittels zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Kühler derart, daß während des Warmlaufbetriebs das vom Verbrennungsmotor kommende Kühlmittel im wesentlichen unter Umgehen des Kühlers durch einen Kurzschluß hindurch zum Verbrennungsmotor zurückströmt, daß während des Mischbetriebs das vom Verbrennungsmotor kommende Kühlmittel teilweise durch den Kühler hindurch und teilweise durch den Kurzschluß hindurch zum Verbrennungsmotor zurückströmt und daß während des Kühlerbetriebs das vom Verbrennungsmotor kommende Kühlmittel im wesentlichen durch den Kühler hindurch zum Verbrennungsmotor zurückströmt. The thermostatic valve regulates the flow of the coolant between the internal combustion engine and the radiator such that during the warm-up operation that of the internal combustion engine coming coolants essentially bypassing the cooler through a short circuit to Internal combustion engine flows back that during mixed operation the coolant coming from the internal combustion engine partly through the cooler and partly through flows back through the short circuit to the internal combustion engine and that during the cooler operation that of the internal combustion engine coming coolant essentially through flows back through the radiator to the internal combustion engine.
Die elektrische Beheizung des Dehnstoffelements dient zum Vergrößern des öffnungsquerschnittes zum Kühler hin gegenüber einem durch die Temperatur des Kühlmittels im Bereich des Thermostatventils bedingten öffnunqsquerschnitt.The electrical heating of the expansion element is used for Enlarging the opening cross section towards the radiator one by the temperature of the coolant in the area opening of the thermostatic valve.
Eine Kühlanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs ist beispielsweise aus der DE 30 18 682 Al bekannt. Bei dieser bekannten Kühlanlage ist in einem Dehnstoffelement eines Thermostatventils ein elektrischer Heizwiderstand angeordnet, dem elektrische Energie durch einen stationär gehaltenen Arbeitskolben hindurch zuführbar ist. Die Zufuhr der elektrischen Energie erfolgt über eine Regeleinrichtung, um die vom Thermostatventil eingeregelte Kühlmitteltemperatur besser als bei einem normalen Thermostatventil konstant halten zu können. Hierzu wird die Ist-Kühlmitteltemperatur gemessen und mit einem vorgegebenen oberen und mit einem vorgegebenen unteren Temperaturwert verglichen. Wird der obere Temperaturwert erreicht, so wird der Heizwiderstand mit elektrischer Energie versorgt, so daß das Thermostatventil weiter öffnet, um eine erhöhte Kühlleistung umd damit eine Absenkung der Ist-Kühlmitteltemperatur zu erreichen. Sinkt die Ist-Kühlmitteltemperatur danach unter den unteren Temperaturwert, so wird die Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Heizwiderstand unterbrochen, so daß das Dehnstoffelement vom kälteren Kühlmittel abgekühlt wird. Dadurch wird der Ventilquerschnitt wieder verringert, so daß die Ist-Kühlmitteltemperatur wieder ansteigt. Diese Regelspiele werden ständig wiederholt, um eine Kühlmitteltemperatur im Bereich von beispielsweise 95°C möglichst konstant einzuhalten.A cooling system according to the preamble of the claim is known for example from DE 30 18 682 A1. At this known cooling system is in an expansion element an electric heating resistor of a thermostatic valve arranged, the electrical energy through a stationary held working piston can be fed through. The feed the electrical energy takes place via a control device, the coolant temperature regulated by the thermostatic valve better than a normal thermostatic valve to be able to keep constant. For this, the Actual coolant temperature measured and with a predetermined upper and with a predetermined lower temperature value compared. If the upper temperature value is reached, so the heating resistor with electrical energy supplied so that the thermostatic valve opens further, by an increased cooling capacity and thus a lowering of the Actual coolant temperature can be reached. The actual coolant temperature drops then below the lower temperature value, so the supply of electrical energy to that Heating resistor interrupted so that the expansion element is cooled by the colder coolant. This will make the Valve cross section reduced again, so that the actual coolant temperature rises again. These rules games will be constantly repeated to maintain a coolant temperature in the Maintain a range of, for example, 95 ° C as constant as possible.
Aus der DE 37 05 232 Al ist eine Temperaturregeleinrichtung bekannt, bei der anstelle eines üblichen Thermostatventils mit einem Dehnstoffelement ein mittels eines Stellmotors regelbares Ventil vorgesehen ist. Bei dieser bekannten Temperaturregeleinrichtung wird der Stellmotor zur Verstellung des Ventils in Abhängigkeit von einem Sensor gesteuert, der die Kühlmitteltemperatur in einer mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Leitung mißt. Der Sensor ist darüber hinaus mit einer Heizeinrichtung versehen. Die Heizeinrichtung ist in Abhängigkeit von Kennfeldgrößen des Verbrennungsmotors ein- und ausschaltbar. Bei dieser bekannten Temperaturregeleinrichtung kann demnach durch Beheizen des Sensors eine höhere als die reale Kühlmitteltemperatur vorgetäuscht werden, um eine verstärkte Kühlung des Kühlmittels zu erreichen. Eine derartige Temperaturregeleinrichtung ist konstruktiv besonders aufwendig und damit kostenintensiv.DE 37 05 232 A1 describes a temperature control device known in the place of a conventional thermostatic valve with an expansion element by means of a Servomotor adjustable valve is provided. At this Known temperature control device is the servomotor to adjust the valve depending on one Sensor controlled that the coolant temperature in a line connected to the internal combustion engine. Of the The sensor is also equipped with a heating device. The heating device is dependent on map sizes of the internal combustion engine can be switched on and off. In this known temperature control device can accordingly by heating the sensor higher than the real one Coolant temperature can be faked to an increased To achieve cooling of the coolant. Such Temperature control device is constructively special complex and therefore costly.
In der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 43 24 178 ist ferner eine Kühlanlage für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges eingangs genannter Art beschrieben, bei der das Dehnstoffelement derart ausgelegt ist, daß sich die Kühlmitteltemperatur ohne Beheizung des Dehnstoffelementes im Warmlaufbetrieb und/oder im Mischbetrieb auf eine obere Grenztemperatur einregelt. Bei dieser Kühlanlage ist eine Steuereinheit vorgesehen, die abhängig von erfaßten Betriebs- und/oder Umweltgrößen des Verbrennungsmotors die Beheizung des Dehnstoffelementes bei Bedarf freigibt, um die Betriebsweise der Kühlanlage vom Warmlaufbetrieb oder vom Mischbetrieb der oberen Arbeitsgrenztemperatur hin zum Mischbetrieb oder Kühlbetrieb einer gegenüber der oberen Arbeitsgrenztemperatur niedrigeren Kühlmitteltemperatur zu verlagern. Da bei dieser Kühlanlage das Dehnstoffelement des Thermostatventils in Abhängigkeit von erfaßten Betriebs- und/oder Umweltgrößen des Verbrennungsmotors erfolgt, ist zur Steuerung der Beheizung des Dehnstoffelementes eine elektronische Steuereinheit erforderlich, in der die erfaßten Betriebs- und/oder Umweltgrößen des Verbrennungsmotors in geeigneter Weise verarbeitet und zur Steuerung der Beheizung des Dehnstoffelementes herangezogen werden.In the as yet unpublished German patent application P 43 24 178 is also a cooling system for one Internal combustion engine of a motor vehicle mentioned above Type described in which the expansion element such is designed so that the coolant temperature without heating of the expansion element in warm-up mode and / or in mixed operation to an upper limit temperature settles. There is a control unit in this cooling system provided, depending on the detected operating and / or Environmental variables of the combustion engine heating the Expansion element releases if necessary to the mode of operation the cooling system from warm-up mode or from mixed mode the upper working limit temperature towards mixed operation or cooling operation against the upper working limit temperature lower coolant temperature relocate. Because the expansion element in this cooling system of the thermostatic valve depending on the detected operating and / or environmental variables of the internal combustion engine, is used to control the heating of the expansion element an electronic control unit is required in of the detected operating and / or environmental variables of the internal combustion engine processed in a suitable manner and Control of the heating of the expansion element used will.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlanlage der eingangs genannten Art möglichst einfach so weiterzubilden, daß damit der Betrieb des Verbrennungsmotors bezüglich des Kraftstoffverbrauchs und der Abgaswerte optimiert werden kann, ohne daß im Falle eines erhöhten Leistungsbedarfs die Leistung des Verbrennungsmotors verringert ist.The invention has for its object a cooling system of the type mentioned at the outset, as simple as possible, that the operation of the internal combustion engine with respect optimized fuel consumption and emissions can be without in the event of an increased power requirement the performance of the internal combustion engine is reduced is.
Diese Aufgabe wird nach dem Kennzeichenteil des Anspruchs
1
gelöst.This task is performed according to the characterizing part of the
Die obere Arbeitsgrenztemperatur ist vorzugsweise gleich der verbrauchsgünstigsten Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors und ist geringfügig kleiner als die maximal zulässige Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors. Vorzugsweise liegt die obere Arbeitsgrenztemperatur über 100°C, insbesondere bei ca. 105°C. Die maximal zulässige Betriebstemperatur ist die höchstmögliche Temperatur, mit der der Verbrennungsmotor im Normalbetrieb über längere Zeit störungsfrei betrieben werden kann. Dadurch wird auch bei Ausfall der elektrischen Beheizung des Dehnstoffelementes eine Beschädigung des Verbrennungsmotors verhindert. Üblicherweise liegt die maximal zulässige Betriebstemperatur zwischen 105°C und 120°C. The upper working limit temperature is preferably the same the most economical operating temperature of the internal combustion engine and is slightly smaller than the maximum permissible operating temperature of the internal combustion engine. Preferably is the upper working limit temperature 100 ° C, especially at approx. 105 ° C. The maximum allowable Operating temperature is the highest possible temperature, with that the internal combustion engine in normal operation for longer Time can be operated without problems. This will even if the electrical heating of the expansion element fails damage to the internal combustion engine prevented. The maximum permissible operating temperature is usually between 105 ° C and 120 ° C.
Wird das Dehnstoffelement nicht elektrisch beheizt, stellt sich ein Öffnungsquerschnitt zum Kühler hin ausschließlich in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors ein. Dieser öffnungsquerschnitt bewirkt ein Einregeln der Kühlmitteltemperatur auf die definierte obere Arbeitsgrenztemperatur. Dabei wird das Dehnstoffelement, z. B. durch Auswahl eines entsprechenden temperaturabhängigigen Materials und einer geeigneten konstruktiven Ausgestaltung, so ausgelegt, daß bei der definierten oberen Arbeitsgrenztemperatur der öffnungsquerschnitt des Kühlers noch nicht maximal ist, d. h. kein reiner Kühlerbetrieb erreicht wird. So ist durch zusätzliches Beheizen des Dehnstoffelements eine weitere Vergrößerung des öffnungsquerschnittes und damit eine Verlagerung in Richtung zum Kühlerbetrieb hin möglich.If the expansion element is not heated electrically, there is only one opening cross-section to the radiator depending on the coolant temperature of the internal combustion engine. This opening cross section causes the coolant temperature to adjust to defined upper working limit temperature. It will Expansion element, e.g. B. by selecting an appropriate temperature-dependent material and a suitable one constructive design, designed so that the defined upper working limit temperature of the opening cross section the cooler is not yet maximum, d. H. no pure cooler operation is achieved. So is by additional Heating the expansion element another Enlargement of the opening cross-section and thus one Relocation towards cooler operation possible.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, daß der öffnungsquerschnitt zum Kühler hin und der öffnungsquerschnitt zu dem den Kühler umgehenden Kurzschluß hin gegensinnig verändert werden.In addition, it should be noted that the opening cross section towards the radiator and the opening cross section to the the cooler immediate short circuit changed in opposite directions will.
Durch die erfindungsgemäße Kühlanlage wird im Normalbetrieb, d. h. nicht bei erhöhter Leistungsanforderung, wie z. B. im Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine oder bei Bergfahrt des von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeuges, eine möglichst hohe Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors erreicht. Dabei ist beispielsweise aufgrund von geringerer Reibung die Leistungsaufnahme des Verbrennungsmotors geringer, wodurch sich der Kraftstoffverbrauch senken und die Abgaszusammensetzung verbessern läßt. Um jedoch dann, wenn der Betriebszustand des Verbrennungsmotors durch erhöhte Leistungsanforderung ein niedrigeres Kühlmitteltemperaturniveau erfordert, schnell auf dieses Kühlmitteltemperaturniveau umschalten zu können, ist erfindungsgemäß ein Temperaturschalter vorgesehen, der abhängig von der am oder in Nähe des Kühlerausgangs erfaßten Kühlmitteltemperatur elektrische Energie dem beheizbaren Dehnstoffelement in dem Sinne zuführt, daß eine erhöhte Kühlleistung durch weiteres öffnen des Thermostatventils erhalten wird und damit eine verringerte Kühlmitteltemperatur schnell erreicht wird. Zu hohe Kühlmittel bzw. Brennkraftmaschinen-Temperaturen bei erhöhter Leistungsanforderung würden zu einem verringerten Füllungsgrad und damit zu einer verringerten Leistung der Brennkraftmaschine führen.Through the cooling system according to the invention, in normal operation, d. H. not with increased performance requirements, such as e.g. B. in full load operation of the internal combustion engine or at Ascent of the engine driven by the internal combustion engine Motor vehicle, the highest possible operating temperature of the internal combustion engine reached. Here is for example due to lower friction the power consumption of the Internal combustion engine lower, which increases fuel consumption lower and improve the exhaust gas composition leaves. However, when the operating state of the internal combustion engine due to increased performance requirements lower coolant temperature level required, quickly to be able to switch to this coolant temperature level a temperature switch is provided according to the invention, which depends on the on or near the radiator outlet detected coolant temperature electrical energy feeds the heatable expansion element in the sense that increased cooling capacity by opening the Thermostatic valve is obtained and thus a reduced Coolant temperature is reached quickly. Too high Coolant or internal combustion engine temperatures at elevated Performance requirement would be reduced Degree of filling and thus a reduced performance of the Lead internal combustion engine.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Kühlanlage gegenüber der in der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 43 24 178 beschriebenen Kühlanlage besteht darin, daß in Abhängigkeit von unterschiedlichen Leistungsanforderungen an die Brennkraftmaschine verschiedene Kühlmitteltemperaturniveaus mit Hilfe eines einfachen Temperaturschalters unter Verzicht auf ein technisch aufwendiges und kostspieliges elektronisches Steuergerät erreicht werden können. Damit bietet sich die erfindungsgemäße Kühlanlage insbesondere für einen Verbrennungsmotor für Kraftfahrzeuge des unteren Preissegmentes an. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kühlanlage besteht darin, daß auf die aufwendige und kostenintensive Erfassung von Betriebs- und Umweltgrößen des Verbrennungsmotors verzichtet werden kann.The advantage of the cooling system according to the invention over that in the as yet unpublished German patent application P 43 24 178 cooling system described exists in that depending on different Performance requirements for the internal combustion engine various Coolant temperature levels using a simple temperature switch without a technically complex and expensive electronic Control unit can be reached. So the Cooling system according to the invention in particular for an internal combustion engine for motor vehicles of the lower Price segment. Another advantage of the invention Cooling system is that on the elaborate and cost-intensive recording of company and environmental parameters of the internal combustion engine can be dispensed with.
Die Beheizung des Dehnstoffelementes kann beispielsweise zeitgesteuert nach einer bestimmten vorgegebenen Zeit wieder abgeschaltet werden.The expansion element can be heated, for example time-controlled after a certain predetermined time be switched off again.
Bei der Erfindung ist
ein Zweipunktschalter als Temperaturschalter vorgesehen,
dessen oberer Schaltpunkt im Bereich von 55°C
bis 75°C, vorzugsweise bei 65°C liegt und dessen unterer
Schaltpunkt minimal 5°C und maximal 50°C unterhalb des
oberen Schaltpunktes liegt. Bei dieser Ausgestaltung der
Erfindung wird die Beheizung des Dehnstoffelementes wieder
abgeschaltet, wenn die am oder in Nähe des Kühlerausgangs
erfaßte Kühlmitteltemperatur den unteren Schaltpunkt
des Zweipunktschalters unterschreitet.In the invention
a two-point switch is provided as a temperature switch,
whose upper switching point is in the range of 55 ° C
to 75 ° C, preferably at 65 ° C and its lower
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.In the following the invention is based on an embodiment explained in more detail.
Es zeigen
- Fig. 1
- eine erfindungsgemäße Kühlanlage für eine Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung und
- Fig. 2 oben
- einen mit der erfindungsgemäßen Kühlanlage gewonnenen Verlauf der Kühlmitteltemperatur am Ausgang des Kühlers der Brennkraftmaschine sowie
- unten
- den dazugehörigen Heizspannungsverlauf für die Beheizung des Dehnstoffelementes des Thermostatventiles der erfindungsgemäßen Kühlanlage.
- Fig. 1
- a cooling system according to the invention for an internal combustion engine in a schematic representation and
- Fig. 2 above
- a course of the coolant temperature obtained with the cooling system according to the invention at the outlet of the cooler of the internal combustion engine and
- below
- the associated heating voltage curve for heating the expansion element of the thermostatic valve of the cooling system according to the invention.
Die in Fig. 1 dargestellte Kühlanlage für einen Verbrennungsmotor
1 umfaßt einen Kühler 2. Zwischen dem Verbrennungsmotor
1 und dem Kühler 2 ist eine Kühlmittelpumpe 3
angeordnet, die eine Strömung des Kühlmittels in die mit
Pfeilen dargestellte Richtung erzeugt. Vom Kühlmittelaustritt
4 des Verbrennungsmotors 1 führt eine Vorlaufleitung
5 zum Kühlmitteleingang 6 des Kühlers 2. Vom Kühlmittelaustritt
oder -ausgang 7 des Kühlers 2 führt zum
Kühlmitteleintritt 8 des Verbrennungsmotors 1 eine Rücklaufleitung
9. In der Rücklaufleitung 9 ist ein Thermostatventil
10 mit einem hier nicht dargestellten Dehnstoffelement
angeordnet. Ferner ist in der Rücklaufleitung
9 ein Temperaturschalter in Form eines Zweipunktschalters
11 vorgesehen. Der Zweipunktschalter 11 steuert
die Beheizung des Dehnstoffelementes des Thermostatventils
10 in Abhängigkeit von der am oder in Nähe des Kühlerausgangs
7 erfaßten Kühlmitteltemperatur indem eine
elektrische Heizspannung U an ein Heizelement des Dehnstoffelementes
des Thermostatventils 10 angelegt wird.
Das Thermostatventil 10 ist ferner über eine Kurzschlußleitung
12 mit der Vorlaufleitung 5 verbunden.The cooling system shown in Fig. 1 for an
Die Kühlanlage arbeitet im wesentlichen in drei Betriebsweisen.
In einer ersten Betriebsweise, dem sog. Warmlaufbetrieb,
insbesondere nach dem Kaltstart des Verbrennungsmotors
1, ist das Thermostatventil 10 so eingestellt,
daß die vom Verbrennungsmotor 1 kommende Kühlmittel
strömung über die Kurzschlußleitung 12 im wesentlichen
vollständig zum Verbrennungsmotor 1 zurückgeführt wird.
In einer zweiten Betriebsweise arbeitet die Kühlanlage im
Mischbetrieb, d. h. das vom Verbrennungsmotor 1 kommende
Kühlmittel läuft teilweise durch den Kühler 2 und teilweise
über die Kurzschlußleitung 12 zurück zum Verbrennungsmotor
1. In einer dritten Betriebsweise arbeitet die
Kühlanlage im Kühlerbetrieb, d. h. das vom Verbrennungsmotor
10 kommende Kühlmittel wird im wesentlichen vollständig
durch den Kühler 2 hindurch zum Verbrennungsmotor
1 zurückgeführt.The cooling system essentially works in three operating modes.
In a first mode of operation, the so-called warm-up mode,
especially after the cold start of the
Die Betriebsweise der Kühlanlage kann durch Beheizung des
Dehnstoffelementes des Thermostatventils 10 durch Ansteuerung
über eine elektrische Leitung 13, durch die das
Thermostatventil 10 mit dem Zweipunktschalter 11 elektrisch
verbunden ist, in Richtung des Kühlerbetriebs verstellt
oder vollständig auf Kühlerbetrieb umgeschaltet
werden. Damit verringert sich das Temperaturniveau des
Kühlmittels gegenüber dem mit einer Betriebsweise ohne
Beheizung des Dehnstoffelementes erreichten Temperaturniveau.
Wird danach die Beheizung des Dehnstoffelementes
des Thermostatventiles 10 durch Ansteuerung durch den
Zweipunktschalter 11 über die elektrische Leitung 13 wieder
unterbrochen, so kühlt das jetzt kühlere Kühlmittel
das Dehnstoffelement des Thermostatventils 10 ab bis es
eine eingeregelte Endstellung im Mischbetrieb einnimmt,
so daß die Kühlmitteltemperatur wieder auf eine Endtemperatur
angehoben wird. Die eingeregelte Endtemperatur im
Mischbetrieb wird auf die obere Arbeitsgrenztemperatur
festgelegt.The cooling system can be operated by heating the
Expansion element of the thermostatic valve 10 by control
via an
Die Versorgung des Thermostatventils 10 mit elektrischer
Energie wird durch den Zweipunkttemperaturschalter 11
über die elektrische Leitung 13 in Abhängigkeit von der
am oder in Nähe des Kühlerausgangs 7 erfaßten Kühlmitteltemperatur
gesteuert. Da die Kühlmitteltemperatur am oder
in Nähe des Kühlerausgangs 7 in sehr guter Näherung den
Belastungszustand der Brennkraftmaschine 1 wiedergibt,
eignet sich diese Kühlmitteltemperatur am oder in Nähe
des Kühlerausgangs 7 sehr gut zur Steuerung der Beheizung
des Dehnstoffelementes des Thermostatventils 10. Dies ist
die Grundlage dafür, daß die Steuerung der Beheizung des
Dehnstoffelementes des Thermostatventils in konstruktiv
sehr einfacher und damit sehr kostengünstiger Weise durch
einen einfachen Temperaturschalter, vorzugsweise einen
Zweipunkttemperaturschalter erfolgen kann. Es ist damit
nicht erforderlich, verschiedene Betriebs- und/oder Umweltgrößen
des Verbrennungsmotors 1 zu erfassen und in
einem teueren elektronischen Steuergerät zur Steuerung
der Beheizung des Dehnstoffelementes des Thermostatventils
10 zu verarbeiten.The supply of the thermostatic valve 10 with electrical
Energy is generated by the two-
In Fig. 2 oben ist in einem Diagramm die Kühlmitteltemperatur T über der Zeit t bei Vollast des Verbrennungsmotors 1 (Fig. 1) dargestellt, wie er sich mittels der erfindungsgemäßen Kühlanlage erreichen läßt. Das Dehnstoffelement des Thermostatventils 10 (Fig. 1) wird beispielsweise durch die Zusammensetzung des Dehnstoffes auf eine obere Arbeitsgrenztemperatur ausgelegt, die hier beispielsweise einer Kühltemperatur von ca. 105°C im eingeregelten Mischbetrieb entspricht. Diese Kühlmitteltemperatur von ca. 105°C wird jedoch nur im Teillastbetrieb des Verbrennungsmotors erreicht, bei dem es zweckmäßig ist, durch Verminderung von Reibung den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren und gleichzeitig die Abgaszusammensetzung zu verbessern. Grundsätzlich soll die Kühlmitteltemperatur zur Verbrauchsoptimierung immer so heiß wie möglich aber bei Leistungsanforderungen im Vollastbereich zur Verbesserung der Zylinderfüllung so kühl wie möglich sein.In Fig. 2 above is the coolant temperature in a diagram T over time t at full load of the internal combustion engine 1 (Fig. 1) shown as it is by means of the invention Cooling system can be reached. The expansion element the thermostatic valve 10 (Fig. 1) is for example due to the composition of the expansion material designed upper working limit temperature, for example here a cooling temperature of approx. 105 ° C in the regulated Mixed operation corresponds. This coolant temperature of approx. 105 ° C is only possible in partial load operation of the internal combustion engine, where it is appropriate is, by reducing friction, fuel consumption to reduce and at the same time the exhaust gas composition to improve. Basically, the coolant temperature to optimize consumption always as hot as possible but with performance requirements in the full load range as cool as possible to improve cylinder filling be.
Das Dehnstoffelement des Thermostatventiles 10 ist so
ausgelegt, daß bei hier ca. 105°C der mögliche Verstellweg
des Thermostatventils bzw. der maximal mögliche Öffnungsquerschnitt
noch nicht eingestellt ist. So kann bei
Vollast des Verbrennungsmotors das Dehnstoffelement des
Thermostatventils 10 (Fig. 1) derart beheizt werden, daß
zur möglichst schnellen Verringerung der Kühlmitteltemperatur
ein maximaler Öffnungsquerschnitt zum Kühler hin
eingestellt wird und dadurch vollständig in den Kühlerbetrieb
übergegangen wird. Der Vollastbetrieb wird bei der
erfindungsgemäßen Kühlanlage durch den Temperaturschalter
in Form des Zweipunktschalters 11 (Fig. 1) erfaßt. Wenn
aufgrund einer starken Beanspruchung des Verbrennungsmotors
die Kühlmitteltemperatur am oder in Nähe des Kühlerausgangs
7 (Fig. 1), wie in Fig. 2 oben beim Punkt A gezeigt,
die kritische obere Temperaturschwelle von 65°C
und damit den oberen Schaltpunkt überschreitet, wird wie
in Fig. 2 unten dargestellt, zum Zeitpunkt t1 die Heizspannung
U zum Beheizen des Dehnstoffelementes des Thermostatventiles
10 an das Heizelement des Dehnstoffelementes
so lange angelegt, bis die Temperatur des Kühlmittels
am oder in Nähe des Kühlerausgangs 7 (Fig. 1) die in Fig.
2 oben dargestellte untere Temperaturschwelle von 60°C
und damit den unteren Schaltpunkt des Temperaturschalters
11 erreicht. Dann wird, wie in Fig. 2 unten dargestellt,
zum Zeitpunkt t2, d. h. nach einer zeitspanne Δ t die Beheizung
des Dehnstoffelementes des Thermostatventils 10
(Fig. 1) wieder unterbrochen. Dies hat die Folge, daß die
Kühlmitteltemperatur am oder in Nähe des Kühlerausgangs 7
(Fig. 1) wieder so lange langsam ansteigt, bis die obere
Temperaturschwelle von 65°C wieder erreicht ist, und der
Zeitpunktschalter 11 (Fig. 1) mit Erreichen seines oberen
Schaltpunktes die Spannung U wieder an das Heizelement
zur Beheizung des Dehnstoffelementes des Thermostatventiles
10 (Fig. 1) erneut anlegt.The expansion element of the thermostatic valve 10 is designed so that the possible adjustment path of the thermostatic valve or the maximum possible opening cross section is not yet set at about 105 ° C. Thus, at full load of the internal combustion engine, the expansion element of the thermostatic valve 10 (FIG. 1) can be heated in such a way that a maximum opening cross-section to the cooler is set in order to reduce the coolant temperature as quickly as possible, thereby completely switching to cooler operation. The full load operation is detected in the cooling system according to the invention by the temperature switch in the form of the two-point switch 11 (FIG. 1). If, due to a heavy load on the internal combustion engine, the coolant temperature at or in the vicinity of the radiator outlet 7 (FIG. 1), as shown in FIG. 2 above at point A, exceeds the critical upper temperature threshold of 65 ° C. and thus the upper switching point, we will Shown in FIG. 2 below, at time t 1, the heating voltage U for heating the expansion element of the thermostatic valve 10 is applied to the heating element of the expansion element until the temperature of the coolant at or near the cooler outlet 7 (FIG. 1) is the one shown in FIG 2. The lower temperature threshold of 60 ° C. shown above and thus the lower switching point of the
Der erfindungsgemäßen Kühlanlage liegt die Erkenntnis zugrunde,
daß die Kühlmitteltemperatur am oder in Nähe des
Ausgangs 7 des Kühlers 2 in sehr guter Annäherung ein Maß
für die Belastung des Verbrennungsmotors 1 darstellt.
Diese Erkenntnis wird bei der erfindungsgemäßen Kühlanlage
dadurch genutzt, daß am oder in unmittelbarer Nähe
des Ausgangs 7 des Kühlers 2 ein Temperaturschalter in
Form eines Zweipunktschalters 11 vorgesehen ist, der die
belastungsabhängige Beheizung des Dehnstoffelementes des
Thermostatventiles 10 im Vollastbetrieb des Verbrennungsmotors
1 steuert. Bei dieser einfachen Art der Steuerung
der Beheizung des Dehnstoffelementes des Thermostatventiles
10 kann auf die kostenintensive Erfassung der Betriebs-
und Umweltgrößen des Verbrennungsmotors 1 sowie
ferner auf ein teueres elektronisches Steuergerät verzichtet
werden. Die erfindungsgemäße Kühlanlage eignet
sich daher insbesondere für Kraftfahrzeuge des unteren
Preissegmentes.The cooling system according to the invention is based on the knowledge that
that the coolant temperature at or near the
Claims (1)
- A cooling system for an engine of a motor vehicle comprising a radiator and a thermostat valve by means of which the temperature of the coolant is adjustable in warming-up operation, mixed operation and radiator operation, wherein the thermostat valve contains an expandable-material element which can be electrically heated to reduce the coolant temperature,
characterised in that the expandable-material element is designed so that the coolant temperature is set at an upper limiting working temperature during mixed operation without heating the expandable-material element and a temperature switch (11) is provided and, in dependence on the coolant temperature (T) measured at or near the radiator outlet (7), releases the heating of the expandable-material element when required in order to displace the mode of operation of the cooling system towards radiator operation, wherein the temperature switch (11) is a two-point switch having an upper switching point in the range from 55°C to 75°C, preferably at about 65°C and a lower switching point not less than 5°C and not more than 50°C below the upper switching point.
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