DE102004009514A1

DE102004009514A1 - Motorkühlsystem mit Bypass-Steuerung des Wasserpumpenrücklaufs

Info

Publication number: DE102004009514A1
Application number: DE102004009514A
Authority: DE
Inventors: Joseph E. Mayville Robbins; Chandran B. Rochester Hills Santanam
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2004-11-04
Also published as: US6712028B1

Abstract

Ein Kühlsystem weist einen System-Bypass auf, um parasitäre Verluste in einem Verbrennungsmotor zu verringern. Der System-Bypass umfasst ein Umlenkventil, das von einem Steuermodul betätigt wird, um das Ausmaß an Kühlmittelströmung durch den Motor hindurch ungeachtet der Drehzahl der Wasserpumpe wahlweise zu steuern. Wenn weniger Kühlmittel benötigt wird, um den Motor zu kühlen, lenkt das Umlenkventil mehr Kühlmittel durch den Bypass, um dieses zur Wasserpumpe zurückzuführen. Die von der Wasserpumpe absorbierte Energie wird durch die reduzierte Kühlmittelströmung verringert, was den Wirkungsgrad des Systems erhöht und parasitäre Verluste des Motors verringert.

Description

Diese Erfindung betrifft ein Kühlsystem für einen flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor und im Besonderen ein System, das einen Bypass zum Steuern der Kühlmittelströmung durch das System hindurch umfasst.

Üblicherweise benutzt ein Druckkühlsystem ein im Kreis geführtes flüssiges Kühlmittel zum Kühlen eines Verbrennungsmotors, der sowohl Benzin- als auch Dieselmotoren umfasst. Motorwärme wird von dem Motor auf das Kühlmittel über einen Kühlmittelmantel übertragen, der bestimmte Teile des Motors umgibt. Die von dem im Kreis geführten Kühlmittel absorbierte Wärme wird von einem Wärmetauscher, im Allgemeinen von einem Radiator, an die Luft abgegeben.

Unter den meisten normalen Betriebsbedingungen benötigt ein Motor nur eine nominale Kühlmittelströmung, um die richtige Temperatur der internen Bauelemente aufrecht zu erhalten. Jedoch erfordert ein Motor unter harten Bedingungen eine erhöhte Kühlmittelströmung, um die richtige Temperatur der internen Bauelemente aufrecht zu erhalten. Wenn eine Wasserpumpe mit hohem Durchsatz dazu verwendet wird, eine hohe Kühlmittelströmungsrate unter harten Bedingungen bereit zu stellen, um ein Überhitzen des Motors zu verhindern, wird das Ausmaß an Kühlmittelströmung unter normalen Betriebsbedingungen zu groß sein. In einem Kühlsystem mit zu großer Kühlmittelströmung durch den Motor hindurch treten parasitäre Verluste auf.

Die vorliegende Erfindung minimiert parasitäre Verluste in einem Kühlsystem, indem ein System-Bypass verwendet wird, um eine Kühlmittelströmung durch den Kühlmittelmantel eines Motors hindurch zu verringern. Der System-Bypass lässt zu, dass Kühlmittel den Motor umgeht und direkt vom Auslass der Wasserpumpe in den Einlass der Wasserpumpe strömt, wodurch eine Rücklaufschleife gebildet wird. Ein Umlenkventil in dem System-Bypass kann die Kühlmittelströmung durch den Motorkühlmittelmantel hindurch wahlweise erhöhen oder verringern, ohne die Ausgangsleistung der Wasserpumpe zu verändern.

Ein Steuermodul detektiert die Kühlmitteltemperatur, den Kraftstoffdurchsatz, den Luftdurchsatz und Motorklopfinformation. Wenn sich diese Werte ändern, stellt das Steuermodul das Umlenkventil dementsprechend ein, um die richtige Motorkühlung aufrecht zu erhalten. Das Steuermodul betätigt die Umlenkeinrichtung, um ein größeres Ausmaß an Kühlmittelströmung zur Wasserpumpe zurückzuführen, wenn der Motor unterhalb der optimalen Temperatur arbeitet. Wenn der Motor die optimale Betriebstemperatur erreicht, lenkt ein herkömmlicher Thermostat die Motorkühlmittelströmung zu einem Radiator um, um eine gewünschte Kühlmitteltemperatur aufrecht zu erhalten. Das Steuermodul betätigt die Umlenkeinrichtung, um die Kühlmittelströmung zwischen dem System-Bypass und dem Kühlmittelmantel des Motors zu steuern und somit die benötigte Kühlmittelströmung aufrecht zu erhalten.

Unter harten Bedingungen, wie Fahren mit hoher Geschwindigkeit, schnelle Beschleunigung oder Ziehen von Lasten, wird zusätzliche Motorwärme erzeugt. Infolge der zusätzlichen Wärmeproduktion betätigt das Steuermodul das Umlenkventil, um die Kühlmittelströmung zu dem Kühlmittelmantel zu erhöhen und somit die optimalen Motorbetriebsbedingungen aufrecht zu erhalten. Wenn sich die Bedingungen derart än dern, dass die Erzeugung von Motorwärme herabgesetzt wird, betätigt das Steuermodul das Umlenkventil, um zusätzliches Kühlmittel zu dem System-Bypass anstelle zu dem Kühlmittelmantel umzulenken und somit den Wirkungsgrad des Kühlsystems zu erhöhen und dadurch parasitäre Verluste in dem System zu verringern.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in dieser zeigt:
Die einzige Zeichnungsfigur eine schematische Ansicht eines Motorkühlsystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
In der einzigen Zeichnungsfigur im Einzelnen gibt Bezugszeichen 10 allgemein ein Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor an. Das System 10 umfasst einen Motor 12 mit einem Kühlmittelmantel 14. Der Kühlmittelmantel 14 umfasst einen Einlass 16 und einen Auslass 18. Der Einlass 16 ist angeschlossen, um Kühlmittel von einer vom Verbrennungsmotor angetriebenen Wasserpumpe 20 aufzunehmen, die mit einer Drehgeschwindigkeit arbeitet, die mit der Drehzahl des Verbrennungsmotors schwankt. Der Auslass 18 ist über einen Thermostaten mit einem Radiator oder einem Umgebungsluft-Wärmetauscher 24 verbunden, um überschüssige Wärme von dem in dem Verbrennungsmotor erwärmten Kühlmittel zu beseitigen. Das von dem Radiator 24 ausgetragene Kühlmittel wird zurück zur Wasserpumpe geleitet, um erneut im Kreis durch das System 10 zum Kühlen des Verbrennungsmotors 12 geführt zu werden.
Um eine gewünschte Motorkühlmitteltemperatur aufrecht zu erhalten, regelt der Thermostat 22 das Ausmaß an Kühlmittelströmung zum Radiator 24, indem überschüssige Kühlmittelströmung zurück zur Wasserpumpe 20 durch eine Radiator-Bypass-Leitung 26 gelenkt wird, um ein zu starkes Kühlen des Motors zu vermeiden. Während des Aufwärmens des Motors wird die Kühlmittelströmung durch den Radiator hindurch vollständig unterbrochen, bis eine gewünschte Kühlmitteltemperatur aus dem Motor heraus erreicht ist.
Da die Wasserpumpe 20 vom Verbrennungsmotor angetrieben ist, muss sie derart entworfen sein, dass sie eine angemessene Kühlmittelströmung sowohl bei Leerlauf als auch bei maximalen Motorlasten über den gesamten Drehzahlbereich des Motors liefert. Infolgedessen ist die Kühlmittelströmung bei höheren Geschwindigkeiten und niedrigeren Lasten im Allgemeinen größer als sie notwendig ist, um den Motor 12 zu kühlen. Somit wird bewirkt, dass eine große Kühlmittelmenge den Radiator 24 umgeht, um die gewünschte Kühlmitteltemperatur aus dem Motor 12 heraus aufrecht zu erhalten. Die überschüssige Kühlmittelströmung in dem System 10 und durch den Motor hindurch führt zu parasitären Leistungsverlusten, die den Wirkungsgrad des Systems verringern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das System 10 eine System-Bypass-Leitung 28, die den Wasserpumpenauslass 30 direkt mit dem Wasserpumpeneinlass 32 verbindet. Ein Umlenkventil 34 ist mit der System-Bypass-Leitung 28 zwischen dem Wasserpumpenauslass 30 und dem Motorkühlmittelmanteleinlass 16 verbunden, um das Ausmaß an Kühlmittelströmung, das zur Wasserpumpe 20 zurückgeführt wird, wahlweise zu regeln.
Der System-Bypass 28 lässt zu, dass die Wasserpumpe 20 mit einer herabgesetzten Druckdifferenz arbeiten kann, indem die Kühlmittelströmung durch den Motorkühlmittelmantel 14, der einen höheren Strömungswiderstand als der System-Bypass 28 aufweist, reduziert wird. Somit nimmt die Energie, die erforderlich ist, um die Wasserpumpe anzu treiben, ab und der Wirkungsgrad des Kühlsystems nimmt zu, wenn die Menge an durch den Kühlmittelmantel 14 hindurch gepumptem Kühlmittel abnimmt.
Das Steuermodul 36 detektiert die Kühlmitteltemperatur, den Kraftstoffdurchsatz, den Luftdurchsatz und die Motorklopfinformation. Das Steuermodul verwendet diese Information, um die Position des Umlenkventils 44 zu verstellen und somit eine angemessene Kühlmittelströmung zum Kühlmittelmantel 14 des Motors 12 bereit zu stellen.
Im Betrieb strömt Motorkühlmittel von der Wasserpumpe 20 zum Kühlmittelmantel 14 des Motors 12. Das Umlenkventil 34 lenkt etwas von dem Kühlmittel durch die System-Bypass-Leitung 28 zum Einlass der Wasserpumpe um. Dies reduziert die Kühlmittelströmung durch den Motorkühlmittelmantel 14 hindurch, ohne die Drehzahl der Wasserpumpe 20 zu reduzieren.
Das Kühlmittel, das nicht in den System-Bypass 28 umgelenkt wird, strömt durch den Motorkühlmittelmantel 14. Kühlmittel von dem Motor 12 wird zum Thermostaten 22 gelenkt, der das Kühlmittel zu dem Radiator 24 oder durch den Radiator-Bypass 26 zurück zur Wasserpumpe 20 lenkt.
Unter Startbedingungen und anderen Niedertemperaturbedingungen stoppt der Thermostat 26 die Kühlmittelströmung zu dem Radiator 24, was bewirkt, dass das Kühlmittel durch den Radiator-Bypass 26 zur Wasserpumpe 20 strömt. Wenn das Kühlmittel seine optimale Temperatur aus dem Motor heraus erreicht, öffnet der Thermostat 26, wodurch die Kühlmittelströmung durch den Radiator 24 hindurch moduliert und somit die gewünschte Temperatur aufrechterhalten wird.
Das Steuermodul 36 überwacht die Kühlmitteltemperatur, den Kraftstoffdurchsatz, den Luftdurchsatz und Motorklopfinformation. Auf der Grundlage dieser Faktoren bestimmt das Steuermodul 36 die geeignete Menge an Kühlmittel, die der Motor benötigt, um die optimalen Betriebstemperaturen aufrecht zu erhalten. Wenn der Motor mehr Wärme entwickelt, betätigt das Steuermodul 36 das Umlenkventil 34, um mehr Kühlmittel von der Wasserpumpe 20 zum Kühlmittelmantel 14 zu lenken und somit die Kühlung des Motors 12 zu erhöhen. Wenn der Motor 12 weniger Wärme entwickelt, typischerweise unter Bedingungen niedriger Last, betätigt das Steuermodul 36 das Umlenkventil 34, um mehr Kühlmittel in den System-Bypass 46 zu lenken und somit den Wirkungsgrad des Systems zu erhöhen.
Zusammengefasst weist ein Kühlsystem einen System-Bypass auf, um parasitäre Verluste in einem Verbrennungsmotor zu verringern. Der System-Bypass umfasst ein Umlenkventil, das von einem Steuermodul betätigt wird, um das Ausmaß an Kühlmittelströmung durch den Motor hindurch ungeachtet der Drehzahl der Wasserpumpe wahlweise zu steuern. Wenn weniger Kühlmittel benötigt wird, um den Motor zu kühlen, lenkt das Umlenkventil mehr Kühlmittel durch den Bypass, um dieses zur Wasserpumpe zurückzuführen. Die von der Wasserpumpe absorbierte Energie wird durch die reduzierte Kühlmittelströmung verringert, was den Wirkungsgrad des Systems erhöht und parasitäre Verluste des Motors verringert.

Claims

Kühlsystem für einen flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor (12), der einen Kühlmittelmantel (14), eine Wasserpumpe (20) mit einem mit dem Kühlmittelmantel (14) verbundenen Auslass (30) und einen Wärmetauscher (24) mit einem Temperatursteuerventil (22) und einem zwischen den Kühlmittelmantel (14) und einen Einlass (32) der Wasserpumpe (20) geschalteten Bypass (26) umfasst, mit: einem System-Bypass (28), der den Auslass (30) der Wasserpumpe (20) mit ihrem Einlass (32) verbindet, und einem Umlenkventil (34) in dem System-Bypass (28), das betreibbar ist, um die Kühlmittelströmung durch den Bypass (28) und durch den Motorkühlmittelmantel (14) hindurch wahlweise zu steuern, und einer Steuerung (36), die dazu dient, das Umlenkventil (34) zur Steuerung der Durchflussraten des Motorkühlmittels in Abhängigkeit von überwachter Motorkühlmitteltemperatur und Klopfinformation zu regeln, um parasitäre Verluste zu reduzieren, indem eine überschüssige Kühlmittelströmung durch den Motor (12) hindurch begrenzt wird, während eine angemessene Strömung aufrechterhalten wird, um die Kühlmitteltemperatur und das Motorklopfen zu steuern.
Kühlsystem für einen flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor (12), der einen Kühlmittelmantel (14), eine Wasserpumpe (20) mit einem mit dem Kühlmittelmantel (14) verbundenen Auslass (30) und einen Wärmetauscher (24) mit einem Temperatursteuerventil (22) und einem zwischen den Kühlmittelmantel (14) und einen Einlass (32) der Wasserpumpe (20) geschalteten Bypass (26) umfasst, mit: einem System-Bypass (28), der den Auslass (30) der Wasserpumpe (20) mit ihrem Einlass (32) verbindet, und einem Umlenkventil (34) in dem System-Bypass (28), das betreibbar ist, um die Kühlmittelströmung durch den Bypass (28) und durch den Motorkühlmittelmantel (14) hindurch wahlweise zu steuern, und einer Steuerung (36), die dazu dient, das Umlenkventil (34) zur Steuerung der Durchflussraten des Motorkühlmittels in Abhängigkeit von überwachter Motorkühlmitteltemperatur, Luftdurchsatz und Kraftstoffdurchsatz zu regeln, um parasitäre Verluste zu reduzieren, indem eine überschüssige Kühlmittelströmung durch den Motor (12) hindurch begrenzt wird, während eine angemessene Strömung aufrechterhalten wird, um die Kühlmitteltemperatur zu steuern.
Kühlsystem für einen flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor (12), der einen Kühlmittelmantel (14), eine Wasserpumpe (20) mit einem mit dem Kühlmittelmantel (14) verbundenen Auslass (30) und einen Wärmetauscher (24) mit einem Temperatursteuerventil (22) und einem zwischen den Kühlmittelmantel (14) und einen Einlass (32) der Wasserpumpe (20) geschalteten Bypass (26) umfasst, mit: einem System-Bypass (28), der den Auslass (30) der Wasserpumpe (20) mit ihrem Einlass (32) verbindet, und einem Umlenkventil (34) in dem System-Bypass (28), das betreibbar ist, um die Kühlmittelströmung durch den Bypass (28) und durch den Motorkühlmittelmantel (14) hindurch wahlweise zu steuern, und einer Steuerung (36), die dazu dient, das Umlenkventil (34) zur Steuerung der Durchflussraten des Motorkühlmittels in Abhängigkeit von überwachter Motorkühlmitteltemperatur, Klopfinformation, Luftdurchsatz und Kraftstoffdurchsatz zu regeln, um parasitäre Verluste zu reduzieren, indem eine überschüssige Kühlmittel strömung durch den Motor (12) hindurch begrenzt wird, während eine angemessene Strömung aufrechterhalten wird, um die Kühlmitteltemperatur und das Motorklopfen zu steuern.