DE10058374B4

DE10058374B4 - Vorrichtung zur Temperaturregulierung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10058374B4
Application number: DE2000158374
Authority: DE
Inventors: Helmut Plener; Dipl.-Ing.(FH) Bass Wolfgang; Frank Herdtweck
Original assignee: Robert Seuffer GmbH and Co KG; HKR Climatec GmbH
Current assignee: HKR Seuffer Automotive GmbH and Co KG; Seuffer GmbH and Co KG
Priority date: 2000-11-24
Filing date: 2000-11-24
Publication date: 2011-09-15
Anticipated expiration: 2020-11-25
Also published as: FR2817287B1; DE10058374A1; FR2817287A1

Abstract

Vorrichtung zur Temperaturregelung einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Kreislauf für eine Kühlflüssigkeit, einer von einem Pumpenmotor (2) angetriebenen Pumpe zum Transport der Kühlflüssigkeit durch den Kreislauf, einem Luft-Wärmetausche (4) der ein von einem Lüftermotor (6) betriebenes Lüfterrad (10) aufweist, und einer Steuereinrichtung (5) die in Abhängigkeit von der Motortemperatur bzw. Kühlflüssigkeitstemperatur die Betriebe des Pumpenmotors (2) und des Lüftermotors (6) regelt, gekennzeichnet durch – von der Kühlflüssigkeit gekühlte Halbleiterbauelemente (7), welche zum Regeln des Betriebs des Pumpenmotors (2) und/oder des Lüftermotors (6) dienen, wobei – im Kaltstart die Halbleiterbauelemente (7) derart angesteuert sind, dass sie mit hoher Verlustleistung arbeiten, wobei der Lüftermotor (6) abgeschaltet bleibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperaturregulierung einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Stand der Technik
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 696 09 722 T2 bekannt. Hierbei wird durch Zufuhr von Wärme zum Kühlsystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, die Zeit bis zum Erreichen der gewünschten Temperatur der Brennkraftmaschine verringert. Die zusätzliche Wärme wird dabei von elektrischen Widerständen und einem elektrischen Generator bereitgestellt, der von der Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine gekühlt wird.
Aus der DE 198 13 532 C1 ist es bekannt, ein Steuergerät im Motorraum eines Kraftfahrzeugs zur verbesserten Wärmeabfuhr über Kontaktflächen an den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine anzuschließen.
Aus der DE 43 33 613 A1 ist es bei einem Kühlsystem eines elektrischen Fahrzeugs bekannt, die Beheizung des Kraftfahrzeuginneren durch Verwendung der in einem Elektromotor und einer Steuervorrichtung erzeugten Wärme zu unterstützen.
Eine aus der EP 0 993 546 A1 bekannten Vorrichtung besitzt einen Kreislauf für eine Kühlflüssigkeit, wobei in dem Kreislauf eine von einem Pumpenmotor betriebene Pumpe für den Transport der Kühlflüssigkeit durch den Kreislauf vorgesehen ist. Ferner enthält der Kreislauf einen Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher, der ein von einem Lüftermotor betriebenes Lüfterrad umfasst.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher mit verringertem Aufwand die gewünschte Temperaturregelung der Brennkraftmaschine erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelöst.
Bei der Erfindung wird die sich aus der Verlustleistung ergebende Wärmemenge, die beim Betrieb der Halbleiterbauelemente entsteht, welche zum Regeln des Lüftermotors und des Pumpenmotors dienen, zum Aufheizen der Kühlflüssigkeit beim Kaltstart des Motors verwendet. Vorzugsweise kann ein zweikanaliger Motorregler verwendet werden, welcher einerseits den Betrieb des Pumpenmotors und andererseits den Betrieb des Lüftermotors regelt.
Beim Kaltstart werden die Halbleiterbauelemente, welche zur Betriebsregelung des Pumpenmotors dienen, derart angesteuert, dass sie mit hoher, gegebenenfalls maximaler Verlustleistung arbeiten. Die von der Pumpe abzugebende Leistung ist gering. Sie ist in der Kaltstartphase lediglich so bemessen, dass in Bereichen auftretende Wärmespitzen vermieden werden. Gleichfalls werden die zur Betriebsregelung des Lüftermotors dienenden Halbleiterbauelemente so angesteuert, dass sie beim Kaltstart mit hoher Verlustleistung, insbesondere maximaler Verlustleistung betrieben werden. Ferner bleibt beim Kaltstart der Lüftermotor abgeschaltet, was dadurch erreicht werden kann, dass die Ausgänge der den Lüftermotor regelnden Halbleiterbauelemente kurzgeschlossen sind. Die von den Halbleiterbauelementen abgegebene Wärmemenge dient zum Aufheizen des Kühlwassers beim Kaltstart.
Bei steigender Motortemperatur nach dem Kaltstart werden die zur jeweiligen Motorregelung dienenden Halbleiterbauelemente so angesteuert, dass sie weniger verlustbehaftet sind. Sobald der Motor seine normale Betriebstemperatur erreicht hat, werden der Pumpenmotor und der Lüftermotor mit optimalem Wirkungsgrad betrieben. Dieser Betrieb kann in Abhängigkeit von einer Temperaturmessung, beispielsweise Thermostat- gesteuert erfolgen.
Anhand der Figuren wird an einem Ausführungsbeispiel die Erfindung noch näher erläutert.
Es zeigt:
1 schematisch im Blockschaltbild einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine, bei welchem die Erfindung zum Einsatz kommt; und
2 in schematischer Darstellung die Anordnung von Halbleiterbauelementen, welche beim Ausführungsbeispiel zum Einsatz kommen.
In 1 ist schematisch ein Kühlflüssigkeitskreislauf 3 einer Brennkraftmaschine 1, beispielsweise eines Otto-Motors oder eines Diesel-Motors, dargestellt. Die Kühlflüssigkeit wird durch ein Leitungssystem in bekannter Weise mit Hilfe einer Pumpe, welche von einem Pumpenmotor 2 angetrieben wird, transportiert. In einem Luft-Wärmetauscher (Kühler) 4 wird die von der Brennkraftmaschine 1 kommende Kühlflüssigkeit abgekühlt. Im Bereich des Luft-Wärmetauschers 4 befindet sich ein Lüfterrad 10, welches von einem Lüftermotor 6 angetrieben wird. Eine Steuereinrichtung 5 dient zur Steuerung des Betriebs des Pumpenmotors 2 und des Lüftermotors 6. Die Steuereinrichtung 5 kann hierzu zweikanalig ausgebildet sein. Wie aus der 2 zu ersehen ist, sind Halbleiterbauelemente 7 der Steuereinrichtung 5 als Zusatzheizung in den Kühlflüssigkeitskreislauf 3 integriert. Hierzu sind zwischen den Halbleiterbauelementen 7 und der Leitung, durch welche im Kühlflüssigkeitskreislauf 3 die Kühlflüssigkeit transportiert wird, Wärmeübergangsflächen 9 vorgesehen. Diese Wärmeübergangsflächen 9 befinden sich bevorzugt in der Leitung, in welcher Kühlflüssigkeit zur Brennkraftmaschine 1 geführt wird.
In einem ersten Betriebszustand, welcher einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 1 entspricht, werden die Halbleiterbauelemente 7, welche zur Regelung bzw. Steuerung des Pumpenmotors 2 und des Lüftermotors 6 dienen, verlustbehaftet angesteuert. Sie heizen dabei die Kühlflüssigkeit in dem der Brennkraftmaschine 1 zugeleiteten Strang des Kühlflüssigkeitskreislaufs 3 auf. Dabei wird der Pumpenmotor 2 so betrieben, dass eine nur geringe Wasserpumpenleistung zur Verhinderung von Wärmespitzen in bestimmten Bereichen erzielt wird. Das Lüfterrad 10 dreht sich nicht. Hierdurch wird eine rasche Aufheizung der Brennkraftmaschine 1 in ihrem Start, insbesondere im Kaltstart erreicht.
In einem zweiten Betriebszustand wird bei steigender Temperatur der Brennkraftmaschine 1 die Verlustbehaftung der Ansteuerung des Pumpenmotors 2 und des Lüftermotors 6 verringert. Gleichzeitig wird der Pumpenmotor 2 so betrieben, dass von der Kühlflüssigkeitspumpe eine steigende Pumpenleistung abgegeben wird. Eine Drehung des Lüfterrads 10 wird bei diesem Betriebszustand noch nicht benötigt.
Im Betriebszustand 3 befindet sich die Temperatur der Brennkraftmaschine 1 in einem Bereich, in welchem eine Kühlung durch das Lüfterrad 10 erforderlich wird. Eine zusätzliche Aufheizung durch die Halbleiterbauelemente 7 ist dann nicht mehr erforderlich. Der Pumpenmotor 2 und der Lüftermotor 6 werden dann mit einem optimalen Wirkungsgrad betrieben, bei welchem die Kühlflüssigkeit nicht zusätzlich aufgeheizt wird. In diesem Betrieb, welcher im normalen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs vorherrscht, beträgt die Temperatur der Brennkraftmaschine 1 größenordnungsmäßig 80° bis 90°C. Die Kühlflüssigkeit im Kühlflüssigkeitskreislauf 3 wirkt dann kühlend auf die Halbleiterbauelemente 7.
Der Betrieb der Steuereinrichtung 5 und insbesondere der in ihr enthaltenen Halbleiterbauelemente 7 erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von einem Thermostat 8, welcher die Temperatur der Brennkraftmaschine 1 erfasst. Hierzu kann die Temperatur der Kühlflüssigkeit am Kühlmitteleinlass und/oder Kühlmittelauslass der Brennkraftmaschine 1 gemessen werden.
Wie es aus der 2 zu ersehen ist, sind die Halbleiterbauelemente 7 so angeordnet, dass an den Wärmeübergangsflächen 9 ein effektiver Wärmeaustausch zwischen den Halbleiterbauelementen 7 und der im Kühlflüssigkeitskreislauf 3 geführten Kühlflüssigkeit erfolgt. Hierzu sind die Halbleiterbauelemente 7 unmittelbar an der Kühlflüssigkeitsleitung des Kühlflüssigkeitskreislaufs 3 mit möglichst großer Wärmeübertragungsfläche angeordnet. Die weiteren elektronischen Bauteile und Schaltungselemente der Steuereinrichtung 5 können auf einer im Gehäuse der Steuereinrichtung 5 angeordneten gedruckten Leiterplatte 11 angeordnet sein.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Pumpenmotor
3: Kühlflüssigkeitskreislauf
4: Luft-Wärmetauscher
5: Steuereinrichtung
6: Lüftermotor
7: Halbleiterbauelement
8: Thermostat
9: Wärmeübergangsfläche
10: Lüfterrad
11: gedruckte Leiterplatte

Claims

Vorrichtung zur Temperaturregelung einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Kreislauf für eine Kühlflüssigkeit, einer von einem Pumpenmotor (2) angetriebenen Pumpe zum Transport der Kühlflüssigkeit durch den Kreislauf, einem Luft-Wärmetausche (4) der ein von einem Lüftermotor (6) betriebenes Lüfterrad (10) aufweist, und einer Steuereinrichtung (5) die in Abhängigkeit von der Motortemperatur bzw. Kühlflüssigkeitstemperatur die Betriebe des Pumpenmotors (2) und des Lüftermotors (6) regelt, gekennzeichnet durch – von der Kühlflüssigkeit gekühlte Halbleiterbauelemente (7), welche zum Regeln des Betriebs des Pumpenmotors (2) und/oder des Lüftermotors (6) dienen, wobei – im Kaltstart die Halbleiterbauelemente (7) derart angesteuert sind, dass sie mit hoher Verlustleistung arbeiten, wobei der Lüftermotor (6) abgeschaltet bleibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kaltstartphase der Pumpenmotor (2) so betrieben ist, dass gegenüber dem Normalbetrieb eine geringe Pumpenleistung abgegeben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterbauelemente der Pumpenmotor- und/oder der Lüftermotorregelung beim Kaltstart mit gegenüber dem Normalbetrieb erhöhter Verlustleistung betrieben sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei steigender Motortemperatur nach dem Kaltstart die Verlustleistung der Halbleiterbauelemente (7) der Pumpenregelung und/oder der Lüfterregelung verringert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei eingeschaltetem Lüftermotor (6) der Pumpenmotor (2) und der Lüftermotor (6) mit optimalen Wirkungsgrad betrieben sind, so dass die Kühlflüssigkeit durch die Halbleiterbauelemente (7) nicht zusätzlich aufgeheizt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) zur Steuerung des Pumpenmotors (2) und des Lüftmotors (6) zweikanalig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Anzahl der Haltleiterbauelemente (7) der Ausgangsstufe für die Steuerung des Pumpenmotors (2) und ein Teil der Anzahl der Halbleiterbauelemente (7) der Ausgangsstufe für die Steuerung des Lüftermotors (6) zugeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Kaltstart die Halbleiterbauelemente (7) derart angesteuert sind, dass sie mit maximaler Verlustleistung arbeiten.