DE10003102A1 - Kühlvorrichtung für einen Flüssigkeit-gekühlten Verbrennungsmotor - Google Patents
Kühlvorrichtung für einen Flüssigkeit-gekühlten VerbrennungsmotorInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für einen Flüssigkeit-gekühlten Verbrennungsmotor. Der Austragdurchsatz einer elektrischen Pumpe (500) der Kühlvorrichtung ist derart gesteuert, daß eine Temperaturdifferenz zwischen der Kühlmitteltemperatur an einem Kühlmittelauslaß eines Motors (100) und der Kühlmitteltemperatur an einem Kühlmitteleinlaß des Motors (100) auf einem vorbestimmten Wert DELTAT gehalten ist. Der Austragdurchsatz nimmt damit ab, wenn die Motorlast abnimmt. Die Motortätigkeit ist damit verringert, und die Temperaturverteilung des Motors ist eingeschränkt bzw. reduziert. Die Motorlebensdauer ist damit verbessert, während die Wärmeüberlastung des Motors (100) verhindert werden kann, und der Kraftstoffverbrauch ist reduziert bzw. die Verbrauchswirtschaftlichkeit ist verbessert.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für
einen Flüssigkeit-gekühlten Verbrennungsmotor, und insbeson
dere ist die Erfindung anwendbar auf einen Verbrennungsmotor
eines Fahrzeugs.
Wie in der JP-A-8-128559 offenbart, ist es bekannt, die Kühl
wassertemperatur unter geringer Motorlast höher zu halten als
unter hoher Motorlast, um den Kraftstoffverbrauch eines Flüs
sigkeit-gekühlten Verbrennungsmotors (auf den nachfolgend als
"Motor" bezug genommen wird) zu verbessern.
Da eine Umwälzpumpe zum Umwälzen des Kühlwassers üblicherweise
durch den Motor angetrieben ist, variiert der Umwälzdurchsatz
des Kühlwassers, welches durch den Motor zirkuliert, propor
tional zu der Motordrehzahl, wie in Fig. 9 gezeigt.
Andererseits nimmt die Kühlwassertemperatur entsprechend der
Abnahme des Umwälzdurchsatzes zu. Der Umwälzdurchsatz kann
deshalb verringert werden, indem die Pumpendrehzahl verringert
wird, wenn die Motorlast gering ist, weil die Kühlwassertempe
ratur erhöht werden kann, wenn die Motorlast gering ist.
Bei der durch den Motor angetriebenen Pumpe kann die Pumpen
tätigkeit gering gemacht werden, indem der Umwälzdurchsatz
verringert wird, wenn die Motorlast gering ist. Da der Umwälz
durchsatz entsprechender Motorlasten nicht variabel ist, nimmt
unnötige Pumpentätigkeit zu.
Die vorliegende Erfindung ist angesichts des vorstehend
genannten Problems gemacht worden. Eine Aufgabe der vorliegen
den Erfindung besteht demnach darin, eine Kühlvorrichtung zu
schaffen, bei welcher unnötige Pumpentätigkeit verringert ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1
bzw. 4. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen angegeben.
In Übereinstimmung mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung
umfaßt diese einen Kühler zum Abkühlen eines Kühlmittels, wel
ches zwischen einem Flüssigkeit-gekühlten Verbrennungsmotor
und dem Kühler zirkuliert. Außerdem umfaßt die Kühlvorrichtung
eine Pumpe, die unabhängig von dem Flüssigkeit-gekühlten Ver
brennungsmotor angetrieben ist, um das Kühlmittel zwischen dem
Flüssigkeit-gekühlten Verbrennungsmotor und dem Kühler derart
umzuwälzen, daß die Temperaturdifferenz zwischen der Kühlmit
teltemperatur eines Kühlmittels am Auslaß des Flüssigkeit-
gekühlten Verbrennungsmotors und der Kühlmitteltemperatur am
Kühlmitteleinlaß des Flüssigkeit-gekühlten Verbrennungsmotors
auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird.
Damit nimmt der Umwälzdurchsatz ab, wenn die Last des Flüssig
keit-gekühlten Verbrennungsmotors abnimmt. Unnötige Pumpen
tätigkeit ist dadurch verringert.
Da das Kühlmittel derart zirkuliert bzw. umgewälzt wird, daß
eine Temperaturdifferenz zwischen der Kühlmitteltemperatur am
Kühlmittelauslaß des Flüssigkeit-gekühlten Verbrennungsmotors
und der Kühlmitteltemperatur am Kühlmitteleinlaß des Flüssig
keit-gekühlten Verbrennungsmotors auf einem Vorbestimmten Wert
gehalten ist, wird die Temperaturverteilung des Flüssigkeit-
gekühlten Verbrennungsmotors verringert bzw. reduziert. Da die
thermische Überlastung des Flüssigkeit-gekühlten Verbrennungs
motors demnach verhindert wird, ergibt sich eine verbesserte
Wirtschaftlichkeit des Kraftstoffverbrauchs und die Motor
lebensdauer ist verbessert.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen bei
spielhaft näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Kühlvorrichtung gemäß
einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 2A eine perspektivische Ansicht der Integration des Durch
satzströmungsventils und der Pumpe in Übereinstimmung
mit der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2B eine Draufsicht der Integration des Durchsatzsteuerven
tils und der Pumpe in Übereinstimmung mit der Ausfüh
rungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3A eine teilweise geschnittene Ansicht entlang der Linie
IIIA-IIIA in Fig. 2A in Übereinstimmung mit der Ausfüh
rungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3B einen Teil einer Schnittansicht entlang der Linie IIIB-
IIIB in Fig. 3A in Übereinstimmung mit der Ausführungs
form der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ein Flußdiagramm des Arbeitsablaufs der Kühlvorrichtung
in Übereinstimmung mit der Ausführungsform der vorlie
genden Erfindung;
Fig. 5 eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen dem
Durchsatzkoeffizienten und der Motordrehzahl in Über
einstimmung mit der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung,
Fig. 6 eine Steuertabelle der Einzelheiten von Fig. 5 in Über
einstimmung mit der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 7 eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen der Kühl
verlustwärmemenge und der Motordrehzahl in Übereinstim
mung mit der Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung;
Fig. 8 eine Tabelle verschiedener Eigenschaften, wie etwa des
Umwälzdurchsatzes einer elektrischen Pumpe und einer
mechanischen Pumpe in Übereinstimmung mit der Ausfüh
rungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 9 eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen dem
Umwälzdurchsatz und der Motordrehzahl in Übereinstim
mung mit der Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung.
Die Kühlvorrichtung für einen Flüssigkeit-gekühlten Verbren
nungsmotor in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausfüh
rungsform der vorliegenden Erfindung ist auf einen Wasser
gekühlten Motor eines Fahrzeugs angewendet.
In Fig. 1 kühlt ein Kühler 200 Kühlwasser (Kühlmittel), wel
ches in dem Wassergekühlten Motor 100 zirkuliert bzw. umgewälzt
wird. Das Kühlwasser zirkuliert durch den Kühler 200
über einen Kühlerdurchlaß 210.
Ein Teil des Kühlwassers, welches aus dem Motor 100 ausströmt,
kann zu einer Auslaßseite des Kühlers 200 an dem Kühlerdurch
laß 210 eingeleitet werden, und zwar unter Umgehung des Küh
lers 200 über einen Umgehungsdurchlaß 300. Ein Durchsatzsteu
erventil 400 vom Dreh-Typ ist an einer Verbindung 220 zwischen
dem Umgehungsdurchlaß 300 und dem Kühlerdurchlaß 210 vorge
sehen, um den Durchsatz des Kühlwassers zu steuern, welches
den Kühlerdurchlaß 210 durchsetzt (auf den nachfolgend als
"Kühlerdurchsatz Vr" bezug genommen ist) und den Durchsatz des
Kühlwassers, der durch den Umgehungsdurchlaß 300 hindurchtritt
(auf den nachfolgend als "Umgehungsdurchsatz Vb" bezug genom
men ist).
Eine elektrische Pumpe 500 zum Umwälzen des Kühlwassers, die
unabhängig von dem Motor 100 betätigt bzw. betrieben ist, ist
auf der stromabwärtigen Seite des Durchsatzsteuerventils 400
in bezug auf die Wasserströmungsrichtung angeordnet.
Wie in Fig. 2A und 2B gezeigt, sind das Durchsatzsteuerventil
400 und die Pumpe 500 miteinander über ein Pumpengehäuse 510
und ein Ventilgehäuse 410 integriert. Das Ventilgehäuse 410
und das Pumpengehäuse 510 sind aus Harz bzw. Kunstharz herge
stellt.
Wie in Fig. 2A bis 3B gezeigt, ist ein zylindrisches Drehven
til 420 mit einer Öffnung an einem Ende (in Becherform) dreh
bar in dem Ventilgehäuse 410 untergebracht. Das Ventil 420
wird um seine Drehwelle durch ein Betätigungsorgan 410, wie
etwa einem Servomotor 432, und einen Drehzahluntersetzungsmechanismus
in Drehung versetzt, der mehrere Zahnräder 431
umfaßt.
Wie in Fig. 3A gezeigt, sind eine erste Ventilöffnung 421 und
eine zweite Ventilöffnung 422 mit identischen Durchmessern zur
Verbindung der Innenseite mit der Außenseite einer zylindri
schen Seitenfläche 420a auf der zylindrischen Seitenfläche
420a des Ventils 420 gebildet. Die Ventilöffnung 421 weicht
von der Ventilöffnung 422 um etwa 90° ab bzw. ist um 90° zu
dieser versetzt angeordnet.
Eine Kühleröffnung (Kühlereinlaß) 411, die mit dem Kühler
durchlaß 410 in Verbindung steht, und eine Umgehungsöffnung
(Umgehungseinlaß) 412, die mit dem Umgehungsdurchlaß 300 damit
in Verbindung steht, sind auf einem Teil des Ventilgehäuses
410 gebildet, der der zylindrischen Seitenfläche 420a ent
spricht. Eine Pumpenöffnung (Auslaß) 413 zum Verbinden der
Saugseite der Pumpe 500 mit einem zylindrischen Innenabschnitt
420b des Ventils 420 ist auf einem Teil des Ventilgehäuses 410
gebildet, der einem axialen Ende der Drehwelle des Ventils 420
entspricht.
Eine Dichtung 440 dichtet einen Spalt zwischen der zylindri
schen Seitenfläche 420a und der Innenwand des Ventilgehäuses
410 ab, um zu verhindern, daß Kühlwasser, welches in das Ven
tilgehäuse 410 über die Kühleröffnung 411 und die Umgehungs
öffnung 412 geströmt ist, den zylindrischen Innenabschnitt
420b des Ventils 420 umgeht und zu der Pumpenöffnung 413
strömt.
Wie in Fig. 2A gezeigt, ist ein Potentiometer 424 auf einer
Drehwelle 423 des Ventils 420 vorgesehen, um einen Drehwinkel
des Ventils 420 zu ermitteln, d. h. einen Ventilöffnungsgrad
des Durchsatzsteuerventils 400. Ermittelte Signale am Poten
tiometer 424 werden in die nachfolgend erläuterte ECU 600 ein
gegeben.
Die ECU bzw. die elektronische Steuereinheit 600 steuert das
Durchsatzsteuerventil 400 und die Pumpe 500. Ermittlungs
signale von einem Drucksensor 610, ersten, zweiten und dritten
Wassertemperatursensoren 621, 622 und 623 und einem Drehsensor
624 werden in die ECU 600 eingegeben. Der Drucksensor 610
ermittelt den Verteilerunterdruck des Motors 100. Die ersten
bis dritten Wassertemperatursensoren 621 bis 623 ermitteln die
Kühlwassertemperatur. Der Drehsensor 624 ermittelt die Dreh
zahl des Motors 100. Die ECU 600 steuert das Durchsatzsteuer
ventil 400, die Pumpe 500 und das Gebläse 230, basierend auf
diesen ermittelten Signalen.
Die Betriebsabläufe der Pumpe 500 werden nunmehr aufgrund des
in Fig. 4 gezeigten Flußdiagramms erläutert.
Wenn der Motor 100 nach Drehen eines (nicht gezeigten) Zünd
schalters des Fahrzeugs gestartet wird, werden die Ermitt
lungssignale des Drucksensors S100 und des Drehsensors 624
durch die ECU 600 im Schritt 600 eingelesen.
Im Schritt S110 wird ein Durchsatzkoeffizient α aus einer in
Fig. 5 gezeigten Tabelle auf Grundlage der ermittelten Motor
drehzahl und des Verteilerdrucks ermittelt. Es wird bemerkt,
daß der Ermittlungswert des Drucksensors 610 der Motorlast
entspricht. Die in Fig. 5 gezeigte Tabelle wird erstellt durch
Gewinnen verschiedener Motordrehzahlen und Motorlasten aus
Tests, so daß die Temperaturdifferenz zwischen der Kühlwassertemperatur
auf der Kühlwasserauslaßseite des Motors 100 (Aus
laßwassertemperatur) und der Kühlwassertemperatur auf der
Kühlwassereinlaßseite des Motors 100 (Einlaßwassertemperatur)
auf einer vorbestimmten Temperaturdifferenz ΔT liegt, wie in
Fig. 6 gezeigt. Der in Fig. 6 gezeigte Durchsatz fällt zusam
men mit bzw. entspricht dem später erläuterten Ziel- bzw.
Solldurchsatz VWP.
Im Schritt S120 wird der Zielaustragdurchsatz VWP (Umwälzdurch
satz des im Motor 100 zirkulierenden Kühlwassers) der Pumpe
500 auf Grundlage der folgenden Gleichung 1 ermittelt.
VWP = a . Ne . α [Gleichung 1]
wobei "a" ein Koeffizient und Ne die Motordrehzahl (UpM) ist.
Im Schritt S130 wird die angelegte Spannung EWP der Pumpe 500
zur Erzielung des Zielaustragdurchsatzes VWP auf Grundlage der
folgenden Gleichung 2 ermittelt.
EWP = b1 . (VWP)n + b2 . (VWP)n-1 + . . . . . + bn . (VWP) + c [Gleichung 2]
wobei b1, b2, . . ., bn und c Koeffizienten sind.
Im Schritt S140 wird die angelegte Spannung EWP, die im Schritt
S130 ermittelt wird, an die Pumpe 500 angelegt und es erfolgt
ein Rücksprung zum Schritt S100.
Es wird bemerkt, daß die Ermittlungswerte der ersten bis drit
ten Wassertemperaturensensoren 621 bis 623 ermittelt werden,
um den Öffnungsgrad des Steuerventils 400 zu steuern, und daß
sie nicht direkt verwendet werden, um die Pumpe 500 gemäß die
ser Ausführungsform zu steuern.
In Fig. 5 und 7 bezeichnen schwarze Kreise die volle Last und
weiße Kreise bezeichnen drei Viertel der vollen Last, schwarze
Dreiecke bezeichnen die Hälfte der vollen Last, weiße Dreiecke
bezeichnen ein Viertel der vollen Last und schwarze Rechtecke
bezeichnen keine Last.
In Übereinstimmung mit der vorstehend erläuterten Ausführungs
form der vorliegenden Erfindung nimmt erzeugte Wärmemenge des
Motors 100 zusammen mit einer Zunahme des Kraftstoffs, der dem
Motor 100 zugeführt wird, zu, wenn die Motorlast steigt. Die
Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Motors 100,
d. h. der Temperatur des Zylinders bzw. des Zylinderkopfs oder
dergleichen, und der Kühlwassertemperatur nimmt damit zu, und
die Wärmemenge (Kühlverlustwärmemenge), die auf das Kühlwasser
vom Motor 100 übertragen wird, nimmt zu, wie in Fig. 7
gezeigt, und eine Überhitzung des Motors 100 wird verhindert
werden.
Wenn die Motordrehzahl konstant ist, nimmt die Kühlverlustwär
memenge ebenfalls zu, wie in Fig. 7 und 8 gezeigt, wenn die
Motorlast steigt. In Übereinstimmung mit der Ausführungsform
wird jedoch die Temperaturdifferenz zwischen der Auslaßwasser
temperatur und der Einlaßwassertemperatur ungefähr konstant
gehalten, und zwar ungeachtet der Motorlast, wie in Fig. 8
gezeigt. In Übereinstimmung mit einer herkömmlichen Kühlvor
richtung, deren mechanische Pumpe durch einen Motor angetrieben
ist, nimmt jedoch der Umwälzdurchsatz pro bestimmter Kühl
verlustwärmemenge zu, wenn die Motorlast abnimmt, weil der
Austragdurchsatz (Umwälzdurchsatz) sich nicht mit der Motor
last ändert.
Da der Druckverlust (Austragdruck der Pumpe) des Wasserumwälz
systems etwa proportional zu dem ins Quadrat gesetzten Durch
satz zunimmt, ist die Pumpentätigkeit der herkömmlichen Kühl
vorrichtung, welche die mechanische Pumpe aufweist, größer als
diejenige gemäß der vorliegenden Erfindung. In Übereinstimmung
mit der Kühlvorrichtung der bevorzugten Ausführungsform ist
die Pumpentätigkeit deshalb verringert und die Kühlwassertem
peratur wird in Übereinstimmung mit der Motorlast in geeigne
ter Weise gesteuert. Da die Temperaturverteilung des Motors
100 reduziert bzw. verringert ist, wird die thermische
Belastung bzw. Überlastung des Motors 100 verhindert und die
Motorlebensdauer ist verbessert, während der Kraftstoffver
brauch verringert bzw. dessen Wirtschaftlichkeit verbessert
ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Hinblick auf eine bevor
zugte Ausführungsform unter bezug auf die anliegenden Zeich
nungen erläutert wurde, erschließen sich dem Fachmann zahlrei
che Abwandlungen und Modifikationen dieser Ausführungsform,
die sämtliche im Umfang der anliegenden Ansprüche liegen.
Claims (5)
1. Kühlvorrichtung für einen Flüssigkeit-gekühlten Verbren
nungsmotor (100) unter Verwendung eines Kühlmittels, auf
weisend:
Einen Kühler (200) zum Kühlen des Kühlmittels, welches zwischen dem Flüssigkeit-gekühlten Verbrennungsmotor und dem Kühler zirkuliert, und
eine Pumpe (500), die von dem Flüssigkeit-gekühlten Ver brennungsmotor unabhängig angetrieben ist, um das Kühlmit tel zwischen dem Flüssigkeit-gekühlten Verbrennungsmotor und dem Kühler derart umzuwälzen, daß eine Temperaturdif ferenz zwischen der Kühlmitteltemperatur an einem Kühlmit telauslaß des flüssigkeit-gekühlten Verbrennungsmotors und der Kühlmitteltemperatur an einem Kühlmitteleinlaß des Flüssigkeit-gekühlten Verbrennungsmotors auf einem vorbe stimmten Wert ΔT gehalten ist.
Einen Kühler (200) zum Kühlen des Kühlmittels, welches zwischen dem Flüssigkeit-gekühlten Verbrennungsmotor und dem Kühler zirkuliert, und
eine Pumpe (500), die von dem Flüssigkeit-gekühlten Ver brennungsmotor unabhängig angetrieben ist, um das Kühlmit tel zwischen dem Flüssigkeit-gekühlten Verbrennungsmotor und dem Kühler derart umzuwälzen, daß eine Temperaturdif ferenz zwischen der Kühlmitteltemperatur an einem Kühlmit telauslaß des flüssigkeit-gekühlten Verbrennungsmotors und der Kühlmitteltemperatur an einem Kühlmitteleinlaß des Flüssigkeit-gekühlten Verbrennungsmotors auf einem vorbe stimmten Wert ΔT gehalten ist.
2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte
Wert auf Grundlage der Motordrehzahl des Flüssigkeit-
gekühlten Verbrennungsmotors festgelegt ist.
3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Pumpe
elektrisch angetrieben ist.
4. Kühlvorrichtung für einen Flüssigkeit-gekühlten Verbren
nungsmotor (100) unter Verwendung eines Kühlmittels, auf
weisend:
Einen Kühler (200) zum Kühlen des Kühlmittels, welches zwischen dem Flüssigkeit-gekühlten Verbrennungsmotor und dem Kühler umgewälzt wird, und
eine Pumpe (500), die von dem Flüssigkeit-gekühlten Ver brennungsmotor unabhängig angetrieben ist, um das Kühlmit tel zwischen dem Flüssigkeit-gekühlten Verbrennungsmotor und dem Kühler derart umzuwälzen, daß die Pumpe so gesteu ert ist, daß sie eine Zielaustragmenge VWP beibehält, die ermittelt ist auf Grundlage der Motordrehzahl des Flüssig keit-gekühlten Verbrennungsmotors und einer Last des Flüs sigkeit-gekühlten Verbrennungsmotors.
Einen Kühler (200) zum Kühlen des Kühlmittels, welches zwischen dem Flüssigkeit-gekühlten Verbrennungsmotor und dem Kühler umgewälzt wird, und
eine Pumpe (500), die von dem Flüssigkeit-gekühlten Ver brennungsmotor unabhängig angetrieben ist, um das Kühlmit tel zwischen dem Flüssigkeit-gekühlten Verbrennungsmotor und dem Kühler derart umzuwälzen, daß die Pumpe so gesteu ert ist, daß sie eine Zielaustragmenge VWP beibehält, die ermittelt ist auf Grundlage der Motordrehzahl des Flüssig keit-gekühlten Verbrennungsmotors und einer Last des Flüs sigkeit-gekühlten Verbrennungsmotors.
5. Kühlvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Pumpe elek
trisch angetrieben ist.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP21449298A JP3552543B2 (ja) | 1998-07-29 | 1998-07-29 | 液冷式内燃機関の冷却装置 |
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US09/489,787 US6390031B1 (en) | 1998-07-29 | 2000-01-24 | Cooling apparatus for liquid-cooled internal combustion engine |
DE10003102A DE10003102A1 (de) | 1998-07-29 | 2000-01-25 | Kühlvorrichtung für einen Flüssigkeit-gekühlten Verbrennungsmotor |
Applications Claiming Priority (3)
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JP21449298A JP3552543B2 (ja) | 1998-07-29 | 1998-07-29 | 液冷式内燃機関の冷却装置 |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family
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Family Applications (1)
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Country | Link |
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