Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Betrieb eines Kühl-
und Heizungskreislaufs für
Kraftfahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine 1, die mittels
einer Motorkühlmittelpumpe 7 umgewälzten Kühlmittels
gekühlt
wird, mit einem autarken Thermostatventil 6, welches zur Kontrolle
der Kühlmitteltemperatur
den Kühlmitteldurchsatz
durch die Brennkraftmaschine 1 und den Fahrzeugkühlerzweig 6a regelt,
mit einem Bypasszweig 6b, welcher den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine
in Abhängigkeit
von deren Kühlbedarf
zusätzlich
variiert, einem Heizungszweig 4a sowie einem Entlüftungszweig 9a.
Es ist insbesondere für
den Betrieb von Brennkraftmaschinen mit einem konventionellen Dehnstoff-Thermostaten
geeignet.The invention relates to a method and an apparatus for operating a cooling and heating circuit for motor vehicles with an internal combustion engine 1 by means of an engine coolant pump 7 circulated coolant is cooled, with a self-sufficient thermostatic valve 6 , which for controlling the coolant temperature, the coolant flow rate through the internal combustion engine 1 and the vehicle radiator branch 6a governs, with a bypass branch 6b which additionally varies the coolant flow rate through the internal combustion engine as a function of its cooling requirement, a heating branch 4a and a vent branch 9a , It is particularly suitable for the operation of internal combustion engines with a conventional expansion thermostat.
Es
ist bekannt, bei modernen PKW mittels Wärmemanagement-Maßnahmen
den Kraftstoffverbrauch zu senken. Eine schnelle Erwärmung des Kühlmittels
und des Motoröls
und damit auch der Motorbauteile sowie das Anheben der Thermostatöffnungstemperatur
in der Teillast sind probate Mittel, um Kraftstoffverbrauchsverbesserungen
zu realisieren.It
is known in modern cars by means of thermal management measures
to reduce fuel consumption. A quick heating of the coolant
and the engine oil
and thus also the engine components and the raising of the thermostat opening temperature
in partial load are proven means to fuel economy improvements
to realize.
Zukünftige Strategien
zur Erzielung des vollen Kraftstoffeinsparpotenzials mittels derartiger Maßnahmen
beinhalten insbesondere Möglichkeiten, den Öffnungszeitpunkt
des Thermostaten mittels der Motorsteuerung frei zu wählen und
den Kühlmitteldurchsatz
durch den Motor im Warmlauf in weiten Bereichen zu variieren. Hierfür sind verschiedene
Lösungen
verfügbar,
von der magnetischen Schaltkupplung zur Abschaltung der Kühlmittelpumpe
des Motors über
pumpeninterne Kurzschlussventile bis hin zur voll variablen el.
Wasserpumpe als Ersatz für die
riemengetriebene Kühlwasserpumpe.Future strategies
to achieve the full fuel saving potential by such measures
include in particular ways, the opening time
of the thermostat by means of the motor control and to choose freely
the coolant flow rate
to vary in wide ranges by the engine during warm-up. There are different ones for this
solutions
available,
from the magnetic clutch to the shutdown of the coolant pump
the engine over
pump internal short circuit valves up to fully variable el.
Water pump as a replacement for the
Belt-driven cooling water pump.
Allen
bekannten Lösungen
zur Regelung des Kühlmitteldurchsatzes
durch den Motor ist gemeinsam, dass erhebliche Kosten für die erforderlichen Zusatzkomponenten
anfallen. Neben den Maßnahmen
zur Regelung des Durchflusses durch den Motor ist bei den meisten
bekannten Optimierungsstrategien insbesondere der Austausch des
heute üblichen Thermostaten
mit Regelung des Kühlerdurchflusses mittels
Dehnstoffelement durch ein von der Motorsteuerung frei ansteuerbares
Ventil vorgesehen. Für die
volle Ausnutzung des Potenzials sind in diesem Zusammenhang insbesondere
relativ aufwändige Ventile
vorgesehen, bei denen der Durchfluss durch den Kühler von der Motorsteuerung
vorgegeben und über
einen Schrittmotor feinfühlig
eingestellt wird. Verschiedene Drehpositionen des Mehrwegeventils stellen
dann z.B. bevorzugte Positionen für eine optimale Heißkühlung, eine
maximale Kühlwirkung
oder eine maximale Kabinenheizleistung ein. Die Kosten für ein derartiges
Ventil, um mehrere Zu- und Abflüsse
u.a. für
den Kühler-,
den Bypass- und
den Heizkreislauf zu schalten bzw. stufenlos zu variieren, sind nicht
unerheblich. Hinzu kommt ein weiterer Zusatzaufwand, wenn ein hinreichendes
Fail-Save-Verhalten
für alle
möglichen
sommerlichen und winterlichen Betriebszustände realisiert werden soll.all
known solutions
for controlling the coolant flow rate
By the engine is common that considerable cost of the necessary additional components
attack. In addition to the measures
to regulate the flow through the engine is at most
known optimization strategies in particular the replacement of the
today's usual thermostats
with control of the radiator flow by means of
Expansion element by a freely controllable by the engine control
Valve provided. For the
full exploitation of the potential in this context in particular
relatively expensive valves
provided, in which the flow through the radiator from the engine control
given and over
a stepper motor sensitively
is set. Set different rotational positions of the multi-way valve
then e.g. preferred positions for optimal hot cooling, a
maximum cooling effect
or a maximum cabin heating power. The cost of such a
Valve to multiple inflows and outflows
et al For
the radiator,
the bypass and
to switch the heating circuit or vary continuously, are not
irrelevant. In addition, there is an additional expense, if a sufficient
Fail-safe behavior
for all
potential
summer and winter operating conditions should be realized.
Die
Kosten sind daher bereits erheblich, selbst wenn unter Verzicht
auf das volle Kraftstoffeinsparpotenzial darauf verzichtet wird,
gleichzeitig mit der Einführung
des Ventils auch eine Zusatzmaßnahme
zur Variation der Kühlmittelpumpendrehzahl
bzw. der Kühlmittelpumpenförderleistung
vorzusehen.The
Costs are therefore already considerable, even if under waiver
the full fuel saving potential is waived,
at the same time as the introduction
the valve also an additional measure
for varying the coolant pump speed
or the coolant pump delivery rate
provided.
Nicht
zuletzt vor dem Hintergrund der Kosten und der Betriebssicherheit
hat sich bisher ein wesentlich einfacheres System zur Heißkühlung am
Markt durchgesetzt, bei dem ein Dehnstoff-Thermostat mit einem el.
beheizbaren Dehnstoffelement den wahlweisen Betrieb bei zwei verschieden
Kühlmitteltemperaturen
ermöglicht.
Dabei wird ein Thermostat mit Dehnstoffelement eingesetzt, welcher
beispielsweise ab 100°C
zwangsläufig
beginnt zu öffnen,
bei el. Bestromung des Heizelements wird dieser Öffnungszeitpunkt dann mittels
der el. Wärmezufuhr
zum Dehnstoffelement auf z.B. 80°C
verschoben. Die Kraftstoffverbrauchsvorteile sind hier zwar nicht
voll ausgeschöpft,
u.a. weil die Wirksamkeit des Systems auf Fahrsituationen mit Kühlmitteltemperaturen
oberhalb ca. 80°C
begrenzt ist, die Mehrkosten sind aber auch wesentlich geringer.
Darüber
hinaus ist sowohl jegliche Diskussion bezüglich der Robustheit des Systems
und deren Fail-Safe-Charakteristik als auch die Frage nach der Verfügbarkeit
serienreifer Bauteile angesichts der bereits vorliegenden Serienerfahrung
mit dieser Art von el. beheizten Thermostaten weitgehend gegenstandslos.Not
most recently against the background of costs and operational safety
has hitherto a much simpler system for hot cooling on
Market prevailed, in which an expansion thermostat with an el.
heatable expansion element the optional operation in two different
Coolant temperatures
allows.
In this case, a thermostat is used with expansion element, which
for example, from 100 ° C
inevitably
starts to open,
at el. energization of the heating element of this opening time is then by means of
the el. heat supply
to the expansion element on e.g. 80 ° C
postponed. The fuel consumption benefits are not here
fully exhausted,
et al because the effectiveness of the system on driving situations with coolant temperatures
above about 80 ° C
is limited, the additional costs are also much lower.
About that
In addition, there is any discussion regarding the robustness of the system
and their fail-safe characteristics as well as the question of availability
Ready-to-fit components in view of the already existing series experience
with this kind of el. heated thermostats largely without object.
Dennoch
arbeiten die Systemlieferanten für KFZ-Kühlsysteme
an den eingangs beschriebenen Varianten zur vollen Ausschöpfung des
Kraftstoffeinsparpotenzials von Wärmemanagementmaßnahmen.
Der Erfolg dieser neuen Lösungswege
ist jedoch einerseits in erheblichem Maße an die Entwicklung der Emissionsvorschriften
und der Kraftstoffpreise gekoppelt, andererseits auch sehr stark
an die Bereitstellung wesentlich preiswerterer Hardware als bisher
verfügbar.
Umgekehrt erschwert gerade der ausbleibende Großserienanlauf fallende Hardwarepreise
für das
el. Mehrwegeventil als Thermostatersatz und gegebenenfalls die schalt-
bzw. regelbare Kühlwasserpumpe.Yet
the system suppliers work for motor vehicle cooling systems
to the variants described above for the full utilization of the
Fuel saving potential of thermal management measures.
The success of these new solutions
However, on the one hand, it has a significant impact on the development of emissions legislation
and fuel prices coupled, on the other hand, very strong
to the provision of much cheaper hardware than before
available.
Conversely, just the lack of mass production startup hampers falling hardware prices
for the
el. multi-way valve as Thermostatisatz and possibly the switching
or adjustable cooling water pump.
Auch
wenn inzwischen ein namhafter Kfz-Hersteller für eine ganze Motorfamilie den
hohen Aufwand für
ein Kühlsystem
mit elektrisch angetriebener Motorkühlwasserpumpe betreibt, um
möglichst viel
Kraftstoff zu sparen, so verhindern doch die hohen Kosten vielerorts
die Einführung
eines derartigen Systems.Even if now a well-known car manufacturer for a whole engine family, the high cost of a cooling system with electrically driven engine cooling water pump operates to save as much fuel, yet prevent the high cost in many places the introduction of such System.
Nicht
zuletzt deshalb sind in jüngster
Zeit preiswertere Systeme, wie z.B. der el. Thermostat in Drei-Teller-Ausführung in
die Serienanwendung gelangt. Bei derartigen Systemen verschließt einer
der drei Teller – der
sogenannte Schließteller-
den kleinen Kühlmittelkreislauf
in der frühen
Warmlaufphase und öffnet
mit zunehmender Motorerwärmung.
Mittels el. Bestromung des Dehnstoffelementes bei hoher thermischer
Belastung des Motors wird bei Bedarf der Bypasszweig weiter geöffnet bzw.
bei sehr hohem Kühlbedarf
und weit geöffnetem
Kühlerkreislauf
wieder geschlossen. Die el. Bestromung hilft insbesondere, früheren Problemen
des Dreitellerthermostaten beim schnellen Umschalten von Teillast
auf Volllast speziell bei kaltem Motor zu begegnen. Die begrenzte
Ansprechgeschwindigkeit bei kaltem Kühlwasser lässt den Einsatz des Dreitellerthermostaten jedoch
nach wie vor nicht bei jedem Motor ohne konstruktive Zusatzmaßnahmen
zu.Not
last therefore are recent
Time cheaper systems, such. the el. thermostat in three-plate design in
the serial application arrives. In such systems closes one
the three plates - the
so-called closing plate
the small coolant circuit
in the early
Warm-up phase and opens
with increasing engine warming.
By means of el. Energization of the expansion element at high thermal
If necessary, the bypass branch is opened further
at very high cooling demand
and wide open
Radiator circuit
closed again. The el. Energizing helps, in particular, earlier problems
the three-disc thermostat when switching quickly from part load
to counteract full load, especially when the engine is cold. The limited
Response speed with cold cooling water, however, allows the use of three-liter thermostat
still not on every engine without additional design measures
to.
Auch
Systeme mit frei ansteuerbarem Bypassventil, z.B. als stufenlos
angesteuerter Drehschieber, sind bekannt, die diese Problem nicht
aufweisen, allerdings bezüglich
der Kosten wieder ungünstiger
liegen.Also
Systems with freely controllable bypass valve, e.g. as stepless
controlled rotary valve, are known that do not have this problem
but with respect to
the cost again unfavorable
lie.
Allen
bekannten Systemen einschließlich des
Dreitellerthermostaten ist gemeinsam, dass spezielle Eingriffe im
Heizkreislauf nötig
sind, um zu verhindern, dass sich die im Heizkreislauf umgewälzte Kühlmittelmenge
negativ auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt. Um innerhalb des Motors
im Warmlauf möglichst
kleine wasserseitige Wärmeübergangskoeffizienten
zu erzielen, sowie um die wärmeaktiven Massen
und Wärmeverluste
des Heizkreislaufs zu minimieren, sind bei den bisher bekannten
Wärmemanagement-Systemen
separate Vorrichtungen vorgesehen, die es erlauben den Kühlmitteldurchsatz durch
den Heizungszweig im Warmlauf zu unterbinden oder zumindest stark
zu drosseln. Speziell bei luftseitiger Regelung der Kabinenheizung
fallen damit i.a. zusätzliche
Kosten für
Kühlmittelventile
oder sonstige Bauteile zur Unterbindung/Drosselung des Heizungsvolumenstroms
an.all
known systems including the
Three-cardiovascular thermostat is common that special intervention in the
Heating circuit necessary
are to prevent the circulating in the heating circuit coolant
has a negative effect on fuel consumption. To get inside the engine
as warm as possible
small water-side heat transfer coefficients
as well as the heat-active masses
and heat losses
to minimize the heating circuit, are in the previously known
Thermal management systems
provided separate devices that allow the coolant throughput
to prevent the heating branch during warm-up or at least strong
to throttle. Especially with air-side control of the cabin heater
i.a. additional
costs for
Coolant valves
or other components for suppressing / throttling the heating volume flow
at.
Wie
oben bereits ausgeführt,
haben alle bekannten Wärmemanagementsystemen
außerdem die
Eigenheit, dass die technische Umsetzung der Heißkühlung, d.h. höhere Kühlmittel-
bzw. Bauteiltemperaturen in der Teillast und niedrigere Werte bei Volllast,
erhebliche Kosten verursacht. Das gilt für alle bekannt gewordenen Arten
el. geregelter Thermostatventile in Brennkraftmaschinen einschließlich des
jüngst
in die Serienanwendung gelangten Dreitellerthermostaten. Speziell
bei diesem fallen neben den Kosten für die el. Beheizung des Dehnstoffelements
die Kosten für
die Abschaltung bzw. Drosselung des Heizungskreislaufs an.As
already stated above
have all known thermal management systems
also the
Peculiarity that the technical implementation of the hot-cooling, i. higher coolant
or component temperatures in the partial load and lower values at full load,
caused considerable costs. This applies to all known species
Electrically controlled thermostatic valves in internal combustion engines, including the
recently
in the series application came three-liter thermostats. specially
in this fall in addition to the cost of the el. heating of the expansion element
the price for
the shutdown or throttling of the heating circuit.
Dabei
lassen die Öffnungs-
und Schließgeschwindigkeit
bzw. die Umschaltgeschwindigkeit beim Dreitellerthermostaten durchaus
noch Wünsche
offen.there
let the opening
and closing speed
or the switching speed at the three-dial thermostat well
still wishes
open.
Ein
wenig beachtetes Detail bei Wärmemanagementmaßnahmen
ist vielfach die Durchströmung
des Ausgleichsbehälters.
Grundsätzlich
sind Lösungen
am Markt, die wahlweise den Ausgleichsbehälter offen lassen oder diesen
mit einem zusätzlichen
Ventil verschließen
oder den Durchfluss künstlich
drosseln.One
little noticed detail in heat management measures
is often the flow
of the expansion tank.
in principle
are solutions
on the market, which optionally leave the expansion tank open or this
with an additional
Close the valve
or the flow artificially
curb.
Auch
Anwendungen, bei denen der Rücklauf des
Ausgleichbehälters
auf der kalten Kühlerseite angeschlossen
ist und der geschlossene Thermostat 6 im Warmlauf eine Durchströmung unterbindet,
sind bekannt. Dies ist – thermisch
gesehen – eine
ebenso effektive wie kostengünstige
Lösung,
welche allerdings mit nicht zu unterschätzenden Nachteilen und Risiken
für die
Motorkühlmittelpumpe
einhergeht. Die Kavitationsneigung der Pumpe steigt, verbunden mit erhöhten Risiken
bezüglich
der Pumpenlebensdauer und teilweise auch einem Abfall der Förderleistung. Thermisch
gleichwertig oder gar überlegen
ist die Lösung
mit dem zusätzlichen
Ventil im Entlüftungszweig,
insbesondere wenn dieses el. von der Motorsteuerung geschaltet wird.
Hier fallen jedoch wiederum erhebliche Kosten an.Also
Applications where the return of the
expansion tank
connected to the cold cooler side
is and the closed thermostat 6 prevents a flow during warm-up,
are known. This is - thermal
seen - one
as effective as inexpensive
Solution,
which, however, with not to be underestimated disadvantages and risks
for the
Engine coolant pump
accompanied. The cavitation tendency of the pump increases, associated with increased risks
in terms of
Pump life and sometimes a drop in flow. thermal
equivalent or even superior
is the solution
with the additional
Valve in the venting branch,
especially when this el. Is switched by the engine control.
Again, however, there are significant costs.
Demgegenüber liegt
die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein besonders kostengünstiges
und dennoch betriebssicheres Kühl-
und Heizsystem zu schaffen, bei dem möglichst viel des Kraftstoffeinsparpotenzials
von Wärmemanagementmaßnahmen
bereits bei Kühlmitteltemperaturen
unterhalb der heute bei Kühlsystemen
ohne el. Thermostaten üblichen
Thermostatöffnungstemperatur
genutzt werden kann und welches insbesondere auch dazu genutzt werden
kann, einen weitgehenden Teil des Kraftstoffeinsparpotenzials zu
realisieren, für
das eine Kühlmitteltemperatur
oberhalb der heute bei Kühlsystemen
ohne el. Thermostaten üblichen
Thermostatöffnungstemperatur
benötigt
wird.In contrast, lies
the object of the present invention therein, a particularly cost-effective
and yet reliable cooling
and heating system, while maximizing the fuel savings potential
of thermal management measures
already at coolant temperatures
below today in cooling systems
without el. Thermostats usual
Thermostat opening temperature
can be used and which are also used in particular
can, a large part of the fuel savings potential
realize, for
the one coolant temperature
above today in cooling systems
without el. Thermostats usual
Thermostat opening temperature
needed
becomes.
Als
insbesondere anzustrebende bzw. zu überbietende Eckpunkte für die Temperaturen
und Kosten sind hierbei derzeit die Werte der el. beheizbaren Thermostaten
anzusehen, wie sie heute am Markt zu finden sind, d.h. insbesondere
Einstellung der Kühlmitteltemperatur
auf Werte zwischen 80–85°C bei hoher
Last und 100–115°C in der Teillast.When
in particular desired or to be beaten corner points for the temperatures
and costs are currently the values of el. heated thermostats
to look at how they are to be found today in the market, i. especially
Setting the coolant temperature
to values between 80-85 ° C at high
Load and 100-115 ° C in the partial load.
Insbesondere
sollen die Leistungsmerkmale bezüglich
Kraftstoffeinsparung und schneller Umschaltung von Teillast auf
Volllast sowie die Gesamtsystemkosten des dieses Jahr zum ersten
mal in Grosserie angewandten Drei-Teller-Thermostaten übertroffen
werden.Especially
should the features regarding
Fuel saving and fast switching from partial load to
Full load as well as the total system cost of the first this year
once exceeded in Grosserie applied three-plate thermostats
become.
Darüber hinaus
besteht die beigeordnete Anforderung, dass die Anforderungen bezüglich der
Kabinenheizwirkung uneingeschränkt
erfüllt
werden sollen. Noch besser wäre
es in diesem Zusammenhang, wenn die Heizwirkung verbessert werden
könnte bzw.
wenn in der Teillast eine Umschaltung zwischen einer ersten Betriebsart
mit deutlich verbessertem Kraftstoffverbrauch und einer zweiten
Betriebsart mit verbesserter Heizleistung und etwas weniger verbessertem
Kraftstoffverbrauch realisiert werden könnte.Furthermore
there is an ancillary requirement that the requirements regarding the
Cabin heating effect unrestricted
Fulfills
should be. Even better
it in this context, if the heating effect can be improved
could or
if in the partial load a switch between a first mode
with significantly improved fuel consumption and a second
Operating mode with improved heating performance and slightly less improved
Fuel consumption could be realized.
Diese
Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.These
Task is solved by the method according to claim 1.
In
der einfachsten Variante schaltet dabei ein einziges Zusatzventil 6bv bei
geschlossenem Thermostaten 6 gleichzeitig alle übrigen Kühlkreisläufe einschließlich des
Entlüftungszweigs 9a bedarfsweise
ein und aus. Das reduziert den Kraftstoffverbrauch in der Teillast
mittels erhöhter
Bauteiltemperaturen ohne Risiken bei erhöhter Last bzw. erhöhtem Kühlbedarf.
Gleichzeitig wird das Kavitationsrisiko bei beiden Betriebszuständen dadurch
minimiert, dass der Systemdruck immer am Pumpeneintritt anliegt.In the simplest version, a single additional valve switches 6bv with closed thermostat 6 at the same time all other cooling circuits including the vent branch 9a if necessary, on and off. This reduces the fuel consumption in the partial load by means of increased component temperatures without risks under increased load or increased cooling demand. At the same time, the risk of cavitation in both operating states is minimized by the system pressure always being applied to the pump inlet.
Bei
el. Ansteuerung des Zusatzventils 6bv besteht darüber hinaus
die Möglichkeit,
während
der ersten Sekunden des Warmlaufs und gegebenenfalls von Zeit zu
Zeit durch kurzzeitiges Öffnen
für ein
gezieltes Entlüften
zu sorgen.For el. Control of the additional valve 6bv In addition, it is possible during the first few seconds of warming up and, if necessary, from time to time to provide for a targeted venting by briefly opening.
In
Verbindung mit einem Teil der beigeordneten Ansprüche ist
sogar die Zusatzaufgabe der Umschaltung zwischen einer ersten Betriebsart
mit deutlich verbessertem Kraftstoffverbrauch und einer zweiten
Betriebsart mit verbesserter Heizleistung und etwas weniger verbessertem
Kraftstoffverbrauch gelöst.In
Connection to a part of the accompanying claims
even the additional task of switching between a first mode
with significantly improved fuel consumption and a second
Operating mode with improved heating performance and slightly less improved
Fuel consumption solved.
Dabei
eröffnen
die einzelnen Ausgestaltungsvarianten dem Konstrukteur die Möglichkeit, den
Auslegungsschwerpunkt wahlweise auf die Kosten zu legen und insbesondere
mit bereits verfügbaren
Serienbauteilen einschließlich
des Heizungswärmetauschers
auszukommen, so dass sich die Zusatzkosten trotz signifikanter Kraftstoffersparnis
auf das Zusatzventil beschränken.
Wahlweise kann er aber auch durch neue Heizungswärmetauscher in Gegenstrombauart
und/oder gegebenenfalls den Einsatz el. Zusatzpumpen im Heizungskreislauf
mit etwas erhöhten
Kosten sowohl den Kraftstoffverbrauchsvorteil steigern als auch
gleichzeitig den Heizkomfort verbessern.there
open
the individual design variants allow the designer the opportunity to
Design emphasis on the costs to lay either and in particular
with already available
Including serial components
of the heating heat exchanger
get along, so that the additional costs in spite of significant fuel economy
restrict to the additional valve.
Alternatively, he can also by new heating heat exchangers in Gegenstrombauauart
and / or optionally the use of el. additional pumps in the heating circuit
with something elevated
Costs increase both the fuel consumption advantage as well
at the same time improve the heating comfort.
Eine
besonders einfache und kostengünstige
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit – im
Vergleich zu bekannten Standardkühlsystemen – Beschränkung der
Zusatzkosten auf lediglich ein einziges Zusatzventil 6bv ist
exemplarisch in 1 gezeigt.A particularly simple and inexpensive embodiment of the method according to the invention with - compared to known standard cooling systems - restriction of additional costs to only a single additional valve 6bv is exemplary in 1 shown.
Hier
liegt der mit Fokus auf der Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs
mit minimalen Kosten mit der Option der Umschaltung auf Normalbetrieb,
d.h. auf volle Funktionalität
der Kabinenheizung und der Kühlung.Here
is the focus on improving fuel economy
at minimal cost with the option of switching to normal operation,
i.e. on full functionality
the cabin heating and cooling.
Bei
geöffnetem
Zusatzventil 6bv wird das Kühlmittel gemäß 1 von
der Motorkühlmittelpumpe 7 durch
die Brennkraftmaschine 1 gefördert, strömt über das Zusatzventil 6bv im
Bypasszweig 6b zum konvenzionellen Dehnstoffthermostaten 6.
Während
des Warmlaufs verschließt
der kühlerseitige
Teller des Dehnstoffthermostaten den Kühlerkreislauf während der
bypasseitige Teller geöffnet
ist. Die Entlüftungsleitung 9a des
Ausgleichsbehälters 9 ist stromab
des Zusatzventils 6bv angeschlossen. Vom Ausgleichsbehälter strömt das Kühlmittel
gemeinsam mit dem Wasser des Heizungsrücklaufs in den Thermostaten.
Diese Leitung ist üblicherweise
bei geöffnetem
wie bei geschlossenem Thermostaten 6 zur Motorkühlmittelpumpe 7 hin
offen. Ebenfalls stromab des Zusatzventils 6bv wird das
Kühlwasser
für den Heizungskreislauf 4a entnommen.
Der Heizungswärmetauscher 4 ist
bei dieser Einstellung in herkömmlicher
Weise durchströmt.
Solange das Zusatzventil 6bv im geöffneten Zustand nur einen relativ
kleinen Druckverlust erzeugt muss zum Erzielen der vollen Heizleistung
keine weitere Umgestaltung der Bauteile vorgenommen werden. Bevorzugt
kommt deshalb als Zusatzventil ein Drehschieber zum Einsatz, der im
geöffneten
Zustand den vollen Kanalquerschnitt der Bypassleitung freigibt.
Da der Drehschieber nur auf/zu betätigt wird, ist dieser sehr
einfach und preiswert herstellbar, am einfachsten mit einem Vakuum-Aktuator
der über
ein von der Motorsteuerung 20 angesteuertes Magnetventil
mit Unterdruck versorgt wird. Im Warmlauf ohne Kabinenheizbedarf
wird bei geringer bis mittlerer Motorlast das Zusatzventil 6bv durch
die Motorsteuerung 20 geschlossen. Damit ist nicht nur
der Bypasskreislauf 6b unterbrochen sondern auch der Heizkreislauf 4a,
der Entlüftungskreislauf 9a,
der Kühlerkreislauf 6a und
die Durchströmung
des Ölkühlers PRO.
Mit Ausnahme einer lokalen Strömung
im Nahbereich des Pumpenlaufrades und der natürlichen Konvektion liegt somit
im Kühlkreislauf
stehendes Wasser vor. Damit sinkt in bekannter Weise der wasserseitige
Wärmeübergangskoeffizient
im Motor und es steigt die motorinterne Kühlmittel- und Bauteiltemperatur.
Die Reduktion der Reibleistung durch eine wärmere Zylinderlaufbahn, etwas
geringere Antriebsleistung der Motorkühlmittelpumpe, wärmeres Öl und bei
Ottomotoren die thermische Entdrosselung der Ansaugluft führen dann letztlich
zu der charakteristischen Kraftstoffeinsparung dieser Wärmemanagementmaßnahme.
Solange über
geeignete Sensoren bzw. thermische Modelle ein Überhitzen des Motors sicher
ausgeschlossen wird, kann das Zusatzventil geschlossen bleiben.
Ist wegen zu hoher Pumpendrehzahl mit Kavitation an der Kühlmittelpumpe
zu rechnen, so öffnet
die Motorsteuerung 20 das Zusatzventil 6bv. Ebenso
bei zu hoher thermischer Last oder bei Motor-Vollast. Die hohe Stellgeschwindigkeit
des Zusatzventils 6bv im Vergleich zur potenziellen Alternative „EI. Thermostat" erweitert hier nicht
nur den Spielraum bis zum ersten Öffnen des Thermostaten erheblich,
auch in Bezug auf ein konsequentes Vermeiden potentieller Kavitation
an der Kühlmittelpumpe
bei Drehzahlsprüngen
ist die hohe Stellgeschwindigkeit sehr hilfreich. In Bezug auf den
Warmlauf sind je nach Motor verschiedene Strategien bis zum ersten Öffnen des Zusatzventils
vorteilhaft.With additional valve open 6bv is the coolant according to 1 from the engine coolant pump 7 by the internal combustion engine 1 conveyed, flows through the additional valve 6bv in the bypass branch 6b to the convection expanding thermostat 6 , During warm-up, the radiator-side plate of the expansion thermostat closes the radiator circuit while the by-pass plate is open. The vent line 9a of the expansion tank 9 is downstream of the additional valve 6bv connected. From the expansion tank, the coolant flows together with the water from the heating return to the thermostat. This line is usually open and closed thermostat 6 to the engine coolant pump 7 open. Also downstream of the additional valve 6bv is the cooling water for the heating circuit 4a taken. The heating heat exchanger 4 is traversed at this setting in a conventional manner. As long as the additional valve 6bv In the open state only a relatively small pressure loss generated to achieve the full heating power no further redesign of the components must be made. Therefore, a rotary valve is preferably used as an additional valve, which releases the full channel cross section of the bypass line in the open state. Since the rotary valve is only operated on /, this is very simple and inexpensive to produce, most simply with a vacuum actuator of the one of the engine control 20 controlled solenoid valve is supplied with negative pressure. During warm-up without cabin heating demand is at low to medium engine load, the additional valve 6bv through the engine control 20 closed. This is not just the bypass cycle 6b interrupted but also the heating circuit 4a , the ventilation circuit 9a , the cooler circuit 6a and the flow through the oil cooler PRO. With the exception of a local flow in the vicinity of the pump impeller and the natural convection is thus standing in the cooling circuit stagnant water. This decreases in a known manner, the water-side heat transfer coefficient in the engine and it increases the internal coolant and component temperature. The reduction of friction by a warmer cylinder liner, slightly lower engine power the engine coolant pump, warmer oil and gasoline engines thermal Entdrosselung the intake air then ultimately lead to the characteristic fuel economy of this heat management measure. As long as overheating of the engine is reliably prevented by means of suitable sensors or thermal models, the additional valve can remain closed. If cavitation on the coolant pump is to be expected due to excessive pump speed, the motor opens control 20 the additional valve 6bv , Likewise if the thermal load is too high or at full motor load. The high actuating speed of the additional valve 6bv compared to the potential alternative "EI. Thermostat "not only considerably expands the range until the thermostat is opened for the first time, but also in terms of consistently avoiding potential cavitation on the coolant pump during speed jumps, the high positioning speed is very helpful first opening the additional valve advantageous.
Die
einfachste Strategie ist möglichst
lange zu warten, bis das Zusatzventil öffnet und den Bypasszweig nebst Ölkühler, Heizkreislauf
und Degaskreislauf einbindet und gegebenenfalls den Kühlerkreislauf
etwas öffnet.
Dabei kann es zur besseren Entlüftung
vorteilhaft sein, die ersten Sekunden des Warmlaufs noch mit geöffnetem
Zusatzventil 6bv zu arbeiten und gegebenenfalls auch während des Warmlaufs
noch von Zeit zu Zeit zu entlüften
indem das Zusatzventil für
kurze Zeit öffnet.
Bei vielen Motoren kann das mehrmalige Entlüften währen der Warmlaufphase aber
auch entfallen.The simplest strategy is to wait as long as possible until the additional valve opens and incorporates the bypass branch together with the oil cooler, heating circuit and degas circuit and, if necessary, slightly opens the cooler circuit. It may be advantageous for better ventilation, the first few seconds of warm-up still open with additional valve 6bv to work and, if necessary, during the warm-up still from time to time to vent by the auxiliary valve opens for a short time. In many engines, the repeated venting during the warm-up phase but also eliminated.
Es
kann insbesondere aber auch die Strategie vorteilhaft sein, das
Zusatzventil zunächst
geschlossen zu halten, dann bei Erreichen einer ersten Temperatur
unterhalb der Thermostatöffnungstemperatur
das Zusatzventil zu öffnen,
so dass sich ein erster Temperaturausgleich im Bypass- und Heizungszweig
einstellt und sich am Ölkühler 40 eine Wärmeübertragung
vom Wasser ans Öl
einstellt. Gegebenfalls muss hier der Durchfluss in der Entlüftungsleitung
zusätzlich
gedrosselt werden. Dabei bleibt es dem Anwender unbenommen, das
Zusatzventil 6bv wieder zu schließen sobald das Wasser und das Öl weitgehend
auf dem Niveau der Thermostatöffnungstemperatur
liegt. Solange keine Heizung benötigt
wird, bietet dies den Vorteil, dass die Kühlmittel-, Öl- und Bauteiltemperaturen
dann noch weiter angehoben werden können, weil sich der Thermostat 6 dann
angesichts der mangelnden Anströmung mit
heißem
Kühlwasser
wieder schließt.In particular, however, the strategy may also be advantageous to initially keep the additional valve closed, then open the additional valve when a first temperature below the thermostat opening temperature is reached, so that a first temperature compensation occurs in the bypass and heating branch and at the oil cooler 40 a heat transfer from the water to the oil sets. If necessary, the flow in the vent line must be additionally throttled here. It is up to the user, the additional valve 6bv to close again as soon as the water and the oil are largely at the level of the thermostat opening temperature. As long as no heating is needed, this has the advantage that the coolant, oil and component temperatures can then be further increased because the thermostat 6 then closes again in view of the lack of flow with hot cooling water.
Solange
keinerlei Strömung
im Bypasszweig und damit auch im Heizzweig vorliegt, besteht keine Gefahr,
dass ein Teil des erwärmten
Kühlwassers über ein
Teilöffnen
des Kühlerthermostaten
entweicht.So long
no flow
in the bypass branch and thus also in the heating branch, there is no danger
that part of the heated one
Cooling water over one
part Open
the radiator thermostat
escapes.
Ein
sprungartiges Öffnen
des Zusatzventils 6bv führt
bei erhöhtem
Kühlbedarf
unmittelbar zu einer Erhöhung
des Wärmeübergangskoeffizienten
im Wassermantel des Motors und damit zu einer Kühlwirkung. Ein Thermoschock-Risiko
besteht nicht, da der Thermostat 6 bei geöffnetem
Zusatzventil 6bv in bekannter Weise ein sukzessives Zumischen
kalten Kühlwassers
aus dem Kühlerzweig
sicherstellt.A sudden opening of the additional valve 6bv leads with increased cooling demand directly to an increase in the heat transfer coefficient in the water jacket of the engine and thus to a cooling effect. A thermal shock risk does not exist because the thermostat 6 with additional valve open 6bv ensures in a known manner a successive admixing of cold cooling water from the radiator branch.
Gegebenenfalls
erfolgt ein getaktetes Öffnen des
Zusatzventils, so dass auch ein allmähliches Zuschalten der Heizung
bzw. des Kühlers
realisierbar ist.Possibly
a clocked opening of the
Additional valve, allowing also a gradual switching on the heater
or the radiator
is feasible.
Dabei
nimmt das erfindungsgemäße Vorgehen
nicht in Anspruch der thermodynamisch beste Weg zu sein. Vielmehr
ist hier stets das Verhältnis von
Kosten zu Nutzen zu sehen. Speziell wenn der Kraftstoffverbrauch
ohne zusätzliche
Ansprüche
an die Heizwirkung im Vordergrund stehen, ist das erfindungsgemäße Vorgehen
vorteilhaft. Wenn gleichzeitig eine Verbesserung der Heizleistung
gefragt wäre, so
ist ausgehend von 1 ein Verfahren mit Anschluss
des Heizungswärmetauschers 4 stromauf des
Zusatzventils 6bv, Schließen des Zusatzventils 6bv zur
Verbesserung der Heizleistung, Drosselung des Kühlmitteldurchsatzes durch den
Motor und den Heizungswärmetauscher
und Gegenstrombauweise des Heizungswärmetauschers 4 wesentlich
effektiver. Derartige Ausgestaltungen des Erfindungsgemäßen Verfahrens
werden später
noch näher
beschrieben.The procedure of the invention does not claim to be the thermodynamically best way. Rather, the ratio of costs to benefits can always be seen here. Especially if the fuel consumption without additional demands on the heating effect in the foreground, the procedure according to the invention is advantageous. If at the same time an improvement of the heat output would be required, then starting from 1 a method with connection of the heating heat exchanger 4 upstream of the additional valve 6bv , Close the additional valve 6bv to improve the heating power, throttling the coolant flow rate through the engine and the heater core and countercurrent design of the heater core 4 much more effective. Such embodiments of the method according to the invention will be described in more detail later.
Zunächst zeigt 2 aber
noch eine weitere Ausgestaltung des rrfindungsgemäßen Verfahrens mit
dem Auslegungsschwerpunkt auf den Kosten. Bei dieser Ausgestaltung
ist der Heizungsrücklauf zwischen
Thermostat 6 und Motorkühlmittelpumpeneintritt
angeordnet. Der Zulauf zum Heizungszweig 4a erfolgt stromauf
des Zusatzventils 6bv. Ohne eigenes Ventil im Heizungszweig
ist der Heizungswärmetauscher 4 bereits
im Warmlauf permanent durchströmt,
d.h. die wärmeaktive
Nasse des Heizungskreislaufs muss mit aufgeheizt werden, verbunden mit
Nachteilen im Kraftstoffverbrauch. Im Gegenzug ist die Heizung auch
stets funktionsfähig.
Ein Schließen
des Zusatzventils 6bv bewirkt – zumindest verglichen mit
Standardkühlsystemen
mit Bypasszweig und ohne Wärmemanagementkomponenten – dennoch
bereits einen Kraftstoffverbrauchsvorteil, weil in der Warmlaufphase
der Bypasszweig 6b nicht mit aufgeheizt werden muss, weil
der Gesamtkühlmitteldurchfluss
durch den Motor 1 reduziert ist und weil die Durchströmung des
Ausgleichsbehälters 9 unterbunden
ist. Ebenso ist es i.a. günstiger
den Ölkühler 40 zumindest
in der frühen
Warmlaufphase nicht mit Kühlmittel
zu durchströmen.First shows 2 but still another embodiment of the inventive method with the main focus on the costs. In this embodiment, the heating return is between the thermostat 6 and engine coolant pump inlet arranged. The inlet to the heating branch 4a takes place upstream of the additional valve 6bv , Without its own valve in the heating branch is the heater core 4 flows through permanently already in warm-up, ie the heat-active wet of the heating circuit must be heated with, associated with disadvantages in fuel consumption. In return, the heating is always functional. A closing of the additional valve 6bv causes - at least compared to standard cooling systems with bypass branch and without heat management components - yet already a fuel economy advantage, because in the warm-up phase of the bypass branch 6b does not have to be heated with, because the total coolant flow through the engine 1 is reduced and because the flow through the expansion tank 9 is prevented. It is also cheaper ia the oil cooler 40 at least in the early warm-up phase does not flow through with coolant.
Als
weitere Besonderheit im Vergleich zu bekannten Kühlsystemen ist in 2 der
Heizungskühlmittelstrom
nicht durch den Thermostaten 6 geführt. Dies hat drei ganz besonders
vorteilhafte Wirkungen: Zum einen prägt der Druckverlust beim Durchströmen des
Thermostaten dem Entlüftungszweig
keine Druckdifferenz auf, die ansonsten u.U. zu einer Rückwärtsdurchströmung des
Ausgleichsbehälters 9 führen kann.
Zum andern reduzieren sich die wärmeaktiven
Massen und die Wärmeverluste durch
Wärmeleitung
zum Bypass- und zum Kühlerzweig.
Als dritter und nicht minder wichtiger Vorteil ermöglicht die
Einleitung stromab des Dehnstoffthermostaten 6 es, der
Motorsteuerung 20 die Entscheidung zu übertragen, ab welcher Kühlmitteltemperatur oder
sonstiger Motorbetriebsbedingung diese durch das Öffnen des
Zusatzventils 6bv den Bypasszweig 6b und gegebenenfalls
den Kühlerzweig 6a zuschaltet
und somit eine erhöhte
Kühlwirkung
einstellt. Mit anderen Worten, der Motor kann zumindest temporär problemlos
bei erhöhter
Kühlmitteltemperatur
betrieben werden, ohne dass durch ein Teilöffnen des Thermostaten 6 aufgrund
einer Anströmung
mit heißem
Kühlwasser
aus dem Heizungsrücklauf
Wärme an
die Umgebung verloren geht. Das gilt für den Betrieb mit und ohne
Wärmeentnahme
am Heizungswärmetauscher 4.Another special feature compared to known cooling systems is in 2 the heater coolant flow is not through the thermostat 6 guided. This has three very particularly advantageous effects: On the one hand, the pressure loss when flowing through the thermostat does not affect the venting branch to a pressure difference, which otherwise might lead to a backward flow through the expansion tank 9 can lead. On the other hand, the heat-active masses and the heat losses are reduced by heat conduction to the bypass and to the cooling erzweig. As a third and no less important advantage allows the introduction downstream of the Dehnstoffthermostaten 6 it, the engine control 20 the decision to transfer, from which coolant temperature or other engine operating condition this by opening the additional valve 6bv the bypass branch 6b and optionally the cooler branch 6a switches on and thus sets an increased cooling effect. In other words, the engine can be operated at least temporarily without problems at elevated coolant temperature, without that by a partial opening of the thermostat 6 due to a flow of hot cooling water from the heating return heat is lost to the environment. This applies to operation with and without heat removal at the heating heat exchanger 4 ,
Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
gemäß 2 ist
speziell die Option, den Kühlmitteldurchfluss
durch die Heizung weitgehend frei zu wählen besonders attraktiv. So
ist es insbesondere möglich, mit
einem ganz gewöhnlichen
Dehnstoffthermostaten 6 mit einer Öffnungstemperatur von beispielsweise
85°C zu
arbeiten und sowohl ohne Kabinenheizung als auch mit Kabinenheizung
alle denkbaren Kühlmitteltemperaturen
bis hin zu 110–115°C im Heizkreislauf
zirkulieren zu lassen, ohne dass der Dehnstoffthermostat 6 öffnet und
unbeabsichtigt Wärme über den
Kühler 8 an
die Umgebung abgibt. Im einfachsten Fall genügt hierzu die Einbindung eines
einfachen Auf/Zu-Zusatzventils 6bv, so wie es z.B. in 2 gezeigt
ist. Solange das Zusatzventil 6bv geschlossen bleibt ist
das Dehnstoffelement nicht von warmem Kühlmittel umströmt, der
Thermostat bleibt geschlossen. Das im Heizkreislauf umlaufende Kühlmittel
kann damit wahlweise mittels eines Ventils abgeschaltet oder mittels
geeigneter Bauteildimensionierung bzw. den Einsatz von Verdrängerpumpen
gedrosselt werden oder ungehindert strömen. Mit anderen Worten das
im Heizkreislauf zirkulierende Kühlmittel
kann in einem weiten Kennfeldbereich der Kühlmitteltemperatur und des
motorinternen Wärmeübergangskoeffizienten
zur Homogenisierung oder Erhöhung
der Motorbauteiltemperatur bzw. für Heizzwecke herangezogen werden.In the inventive method according to 2 In particular, the option to choose the coolant flow through the heater is largely attractive. So it is possible in particular, with a very ordinary Dehnstoffthermostaten 6 to operate with an opening temperature of, for example, 85 ° C and circulate both without cabin heating and with cabin heating all conceivable coolant temperatures up to 110-115 ° C in the heating circuit without the expansion thermostat 6 opens and inadvertently releases heat through the radiator 8th to the environment. In the simplest case, the integration of a simple on / off additional valve is sufficient 6bv , as in eg 2 is shown. As long as the additional valve 6bv remains closed, the expansion element is not flowed around by warm coolant, the thermostat remains closed. The circulating in the heating circuit coolant can thus either switched off by means of a valve or throttled by means of suitable component dimensioning or the use of positive displacement pumps or flow unhindered. In other words, the circulating in the heating circuit coolant can be used in a wide map range of the coolant temperature and the engine internal heat transfer coefficient for homogenizing or increasing the engine component temperature or for heating purposes.
Gleichzeitig
stellt das Zusatzventil 6bv sicher, dass bei einer plötzlichen
Zunahme des Kühlbedarfs,
insbesondere bei Volllast, durch das Öffnen des Bypasszweigs eine
Bauteilüberhitzung
sicher vermieden wird. Die Temperaturüberwachung kann hierbei u.a.
durch die Motorsteuerung modellbasiert oder mittels der Temperaturmessstelle 20a erfolgen.At the same time, the additional valve 6bv sure that in a sudden increase in cooling demand, especially at full load, by the opening of the bypass branch component overheating is reliably avoided. The temperature monitoring can be model-based, among others, by the motor control or by means of the temperature measuring point 20a respectively.
Ausgehend
von kaltem Kühlerzweig 6a strömt dabei
zunächst
ein hoher Kühlmittelstrom
bei geöffnetem
Zusatzventil 6bv durch den Bypasszweig 6b, wobei
unmittelbar mit dem Öffnen
des Bypasszweigs bereits eine Erhöhung des wasserseitigen Wärmeübergangskoeffizienten
innerhalb des Motors einhergeht.Starting from cold radiator branch 6a At first, a high flow of coolant flows when the additional valve is open 6bv through the bypass branch 6b , where directly with the opening of the bypass branch already an increase of the water-side heat transfer coefficient within the engine is accompanied.
Bei
längerem
Kühlbedarf
führt der
sich einstellende Wärmeeintrag
in das Dehnstoffelement des Thermostaten 6 zur teilweisen Öffnung des
Thermostaten, d.h. zu einer völlig
konventionellen Temperaturregelung, gegebenenfalls bis hin zum vollständigen Öffnen des
Kühlerzweigs 6a und
schließen
des Bypasszweigs 6b mittels des Dehnstoffthermostaten 6.
Ist der Lastsprung nur kurz, so schließt das Zusatzventil 6bv gegebenenfalls
wieder und der Motor arbeitet wieder mit reduziertem Durchfluss
auf erhöhter Kühlmittel-
und die Bauteiltemperatur.For longer cooling requirements, the resulting heat input leads to the expansion element of the thermostat 6 for the partial opening of the thermostat, ie a completely conventional temperature control, possibly up to the complete opening of the cooler branch 6a and close the bypass branch 6b by means of the expansion thermostat 6 , If the load jump is only short, then the additional valve closes 6bv if necessary, again and the engine works again with reduced flow on increased coolant and the component temperature.
Die
Ansteuerung des Zusatzventils 6bv mittels der Motorsteuerung
bietet insbesondere den Vorteil, dass unabhängig von der Kühlmitteltemperatur jederzeit
auf vollen Kühlmitteldurchsatz
durch den Motor geschaltet werden kann. Speziell Motoren sehr hoher
spezifischer Leistung lassen sich somit bei einem Lastsprung sehr
gut schützen.
Die von el. Thermostaten bekannten Totzeiten beim Öffnen und Schließen entfallen,
so dass z.B. länger
mit stehendem bzw. besonders heißem Wasser gefahren werden
kann. Gegebenenfalls kann auch eine Auf/Zu-Regelung des Zusatzventils 6bv erfolgen.The activation of the additional valve 6bv By means of the engine control offers the particular advantage that regardless of the coolant temperature can be switched at any time to full coolant flow through the engine. Especially motors of very high specific power can be very well protected during a load jump. The known by el. Thermostats dead times when opening and closing omitted, so that, for example, can be driven longer with stagnant or particularly hot water. Optionally, an on / off control of the additional valve 6bv respectively.
Als
weiter Vorteil lässt
sich mit dieser Ausgestaltung auch das Kavitationsrisiko an der
Motorkühlwasserpumpe
bei hohen Motordrehzahlen sicherer beherrschen als beispielsweise
mit dem Dreitellerthermostaten.When
further advantage leaves
With this configuration, the risk of cavitation on the
Engine cooling water pump
at a higher engine speeds more reliable than for example
with the three-disc thermostat.
Auch
wenn die bisher beschriebenen Einfachvarianten des erfindungsgemäßen Kühl- und Heizkreislaufs
nicht das volle Kraftstoffeinsparpotenzial erschließen und
sich im Vergleich zu früheren Patentanmeldungen
mit schaltbarem Zusatzventil unter Anpassung des Kühlmitteldurchsatzes
sowie des Heizungswärmetauschers
neben geringeren Kraftstoffeinsparungen eine deutlich geringere
Kabinenheizwirkung ergibt, so machen speziell die Einfachheit und
der Kostenaspekt diese Ausgestaltungen sehr attraktiv.Also
if the previously described simple variants of the cooling and heating circuit according to the invention
do not open up the full fuel saving potential and
in comparison to previous patent applications
with switchable additional valve with adjustment of the coolant throughput
as well as the heating heat exchanger
in addition to lower fuel savings, a much lower
Cabin heating effect results, so do especially the simplicity and
the cost aspect of these designs very attractive.
Die
Kosten für
ein Auf/Zu-Ventil sind insbesondere deshalb so gering, weil derartige
Ventile bereits im Serieneinsatz sind und sich daher die Investitionen
in Entwicklung und Fertigung sehr gering halten lassen. Ebenso ist
damit auch das Ausfall-Risiko sehr klein. Dieses lässt sich
noch zusätzlich
reduzieren, wenn man auf Ventilbauarten zurückgreift, die stromlos offen
sind. Dies gilt insbesondere für
Magnetventile oder Ventile mit Vakuumaktuator.The
costs for
An on / off valve are so small, especially because such
Valves are already in mass production and therefore the investments
to keep very low in development and production. Likewise is
so that the default risk is very small. This can be
Additionally
reduce, if one relies on valve types, the normally open
are. This is especially true for
Solenoid valves or valves with vacuum actuator.
Die
ohnehin geringen Kosten für
das Zusatzventil lassen sich noch weiter reduzieren, wenn man unter
Verzicht auf die freie Ansteuerung des Zusatzventils 6bv über die
Motorsteuerung 20 das Kühlmittel
selbst zur Ansteuerung einer Druckdose verwendet, welche dann z.B. über ein
Gestänge
das Ventil direkt ansteuert. Bei Überschreitung eines bestimmten
Drucks verschiebt das einströmende
Kühlwasser die
Membrane der Druckdose gegen eine Federkraft einschließlich des
Umgebungsdrucks oder des Dosen-Innendrucks und öffnet so das Zusatzventil 6bv. Eine
derartige Ausgestaltung hat im Gegensatz zu konventionellen Temperaturüberwachungen
den Vorteil, dass nicht eine einzige lokale Übertemperatur überwacht
wird, sondern an beliebiger Stelle entstehender Dampf zu einer Druckerhöhung führt und
damit letztlich das Ventil öffnet.
Gleichzeitig öffnet
das Ventil bei geeigneter Einbauposition mit hohem statischem Druck
unabhängig
von der Temperatur auch bei hohem Druck der durch hohe Motor- und
damit Pumpendrehzahl entsteht. Mit anderen Worten, speziell im Bereich
der Nennleistung besteht keine Fehlermöglichkeit durch falsche Temperaturinformationen.
Darüber hinaus
wird damit auch das Kavitationsrisiko der Motorkühlmittelpumpe bei hoher Drehzahl ausgeschaltet.The already low cost of the additional valve can be reduced even further, if you waive the free activation of the additional valve 6bv via the engine control 20 Use the coolant itself to control a pressure cell det, which then controls the valve directly via a linkage. When a certain pressure is exceeded, the inflowing cooling water shifts the membrane of the pressure cell against a spring force including the ambient pressure or the internal pressure of the can, thus opening the additional valve 6bv , Such a configuration, in contrast to conventional temperature monitoring has the advantage that not a single local overtemperature is monitored, but at any point resulting steam leads to an increase in pressure and thus ultimately opens the valve. At the same time, the valve opens at a suitable installation position with high static pressure, regardless of the temperature, even at high pressure, which is caused by high engine and thus pump speed. In other words, especially in the range of rated power there is no possibility of error due to incorrect temperature information. In addition, the cavitation risk of the engine coolant pump at high speed is turned off.
Speziell
der Sachverhalt, dass über
eine einzige Kühlmitteldruckleitung
und mit einem einzigen autarken Bauteil einerseits die lokale Motorüberhitzung überwacht
wird und andererseits über
den von der Motorkühlmittelpumpe überlagerten
Druck das Kavitationsrisiko beseitigt, ist ein ganz besonders hilfreicher
Aspekt des direkt vom Überdruck
angesteuerten Zusatzventils 6bv. Dabei wird einerseits
sichergestellt, dass bei hoher Motordrehzahl unabhängig von
der Motorlast sehr schnell ein Öffnen
des Zusatzventils erfolgt und Kavitation vermieden wird, andererseits
wird im teillasttypischen Motorkennfeldbereich primär die Kühlung auf
ein Mindestmaß begrenzt
und gleichzeitig thermisch abgesichert.In particular, the fact that the local engine overheating is monitored via a single coolant pressure line and with a single self-contained component on the other hand eliminates the risk of cavitation on the superimposed by the engine coolant pump pressure, is a particularly helpful aspect of the directly controlled by the overpressure additional valve 6bv , This ensures on the one hand that at high engine speed regardless of the engine load very quickly opening the additional valve and cavitation is avoided, on the other hand, the cooling in the part-typical engine map area primarily limited to a minimum and at the same time thermally secured.
Darüber hinaus
trägt ein
derartiges Ventil zwangsläufig
der Tatsache Rechnung, dass bei Annäherung an die Nennleistung
und das Nenndrehmoment – diese
liegen bei Kfz-typischen Motoren i.a. bei relativ hohen Motordrehzahlen
an – sofort
mit offenem Zusatzventil 6bv gefahren wird und dass das Zusatzventil
selbst bei Teilöffnung
des Kühlers 8 offen
bleibt.In addition, such a valve inevitably takes into account the fact that when approaching the rated power and the rated torque - these are in motor-typical engines ia at relatively high engine speeds on - immediately with open auxiliary valve 6bv is driven and that the additional valve even at partial opening of the radiator 8th remains open.
In
der besonders bevorzugten und angesichts der hohen spezifischen
Leistungen zukünftiger Motoren
mittel- bis langfristig auch weitgehend unumgänglichen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens,
mit konventionellem im Thermostaten 6 integriertem Zweitellerventil
für gegensinniges
Schließen und Öffnen von
Kühlerzweig 6a und
Bypasszweig 6b sowie mit Zusatzventil 6bv im Bypasszweig,
wird sich z.B. das Zusatzventil 6bv gemäß 10 auch
bei geschlossenem Bypassteller des Thermostaten 6, d.h.
wenn der Großteil
des Kühlmittels über den
Kühlerzweig 6a strömt, nicht
wieder schließen,
da die Entnahmeposition des Steuerdrucks 103 an einer Stelle hohen
statischen Drucks liegt, z.B. am Wassermantel des Zylinderblocks
oder z.B. in der gemäß 12 stets
von einem relativ hohen Druck beaufschlagten Kühlerleitung 6a stromauf
des Fahrzeugkühlers
und des Zusatzventils 6bv. Die Steuerleitung 20b ist
in 12 gestrichelt dargestellt, obwohl diese auch eine
Kühlmittelleitung
ist, um zu symbolisieren, dass es sich hier lediglich um eine Steuerleitung
handelt die in der Druckdose 100 des Zusatzventils 6bv endet.In the particularly preferred and in view of the high specific performance of future engines medium to long term also largely unavoidable variant of the method according to the invention, with conventional in the thermostat 6 Integrated two-valve valve for opposing closing and opening of radiator branch 6a and bypass branch 6b as well as with additional valve 6bv in the bypass branch, for example, the additional valve 6bv according to 10 even with closed bypass valve of the thermostat 6 ie when most of the coolant is above the radiator branch 6a flows, do not close again because the removal position of the control pressure 103 is at a point of high static pressure, for example, on the water jacket of the cylinder block or eg in accordance with 12 always by a relatively high pressure applied cooler line 6a upstream of the vehicle radiator and the auxiliary valve 6bv , The control line 20b is in 12 dashed lines, although this is also a coolant line to symbolize that this is only a control line in the pressure box 100 of the additional valve 6bv ends.
Wie
bereits bei der Ansteuerung des Zusatzventils 6bv über die
Motorsteuerung 20 hat die erfindungsgemäße Vorgehensweise auch hier
den besonderen Vorteil, dass durch die weitgehende Trennung der
Funktionen des Thermostaten 6 von den Aufgaben des Zusatzventils 6bv bereits
eine grobe Auf/Zu-Ansteuerung ausreicht. Diese Funktionstrennung
ist nicht nur wichtig, um die Kosten für das Ventil 6bv und
deren Ansteuerung zu senken, sondern sie ermöglicht es erst, mit der relativ
groben Direktansteuerung über
den Kühlmitteldruck
dennoch eine brauchbare Temperaturregelung zu realisieren. Kurzfristige
Druckspitzen öffnen
dabei zwar gegebenenfalls den Bypasszweig 6bv, doch zu
Thermoschockeffekten mit Einströmung
sehr kalten Kühlmittels
aus dem zuvor geschlossenen Kühlerkreis
kommt es dennoch nicht, weil der Thermostat 6 dies nicht
zulässt.
Kurzfristige Druckspitzen werden vielfach weggedämpft, d.h. das Zusatzventil
schließt
sehr schnell wieder, ohne dass es zu einem Öffnen des Thermostaten 6 kommt.
Dies liegt insbesondere daran, dass mit dem Öffnen des Zusatzventils 6bv der Anteil
der Kühlmittelpumpe 7 am
Steuerdruck i.a. unmittelbar abnimmt und zusätzlich die lokale Dampfblasenbildung
durch den höheren
Wärmeübergangskoeffizienten
reduziert wird.As with the activation of the additional valve 6bv via the engine control 20 the procedure according to the invention also has the particular advantage that by the extensive separation of the functions of the thermostat 6 from the tasks of the additional valve 6bv already a rough on / off control is sufficient. This separation of functions is not only important to the cost of the valve 6bv and to reduce their control, but it only makes it possible to realize a usable temperature control with the relatively coarse direct control on the coolant pressure yet. If necessary, short-term pressure peaks open the bypass branch 6bv However, it comes to thermal shock effects with inflow of very cold coolant from the previously closed radiator circuit yet, because the thermostat 6 this does not allow. Short-term pressure peaks are often damped away, ie the additional valve closes very quickly, without causing the thermostat to open 6 comes. This is in particular because with the opening of the additional valve 6bv the proportion of the coolant pump 7 ia directly decreases at the control pressure and in addition the local vapor bubble formation is reduced by the higher heat transfer coefficient.
Im
Vergleich zu bekannten Wärmemanagementlösungen,
die den Thermostaten 6 durch einen von der Motorsteuerung
angesteuerten Drehschieber mit präziser Positioniervorrichtung
ersetzen und mit Hilfe der Motorkühlmitteltemperatur und/oder
thermischen Modellen ansteuern, bedeutet das erfindungsgemäße Verfahren
nicht nur eine drastische Verringerung des Bauteil- und Applikationsaufwandes, sondern
auch einen drastischen Gewinn an Betriebssicherheit. Selbst wenn
Alternativerfahren dazu übergehen,
mit Hilfe von Kühlmitteldrucksensoren
am Pumpen- oder Motoraustritt auch Motorsteuerungsinformationen
bezüglich
lokaler Bauteilüberhitzung
und potentielle Kavitationsrandbedingungen zu erfassen, stellt die
Anpassung der Dosiergenauigkeit und -geschwindigkeit eine weitaus
größere Herausforderung dar
als beim erfindungsgemäßen Verfahren.Compared to known thermal management solutions, the thermostat 6 replace by a controlled by the engine control rotary valve with precise positioning and control using the engine coolant temperature and / or thermal models, the inventive method not only means a drastic reduction in component and application costs, but also a drastic gain in reliability. Even if alternative methods are used to detect motor control information regarding local component overheating and potential cavitation boundary conditions by means of coolant pressure sensors at the pump or motor exit, the adaptation of the metering accuracy and speed represents a much greater challenge than in the method according to the invention.
Analoges
gilt für
alle Versuche, mittels Druckdosen o.ä., welche direkt auf den Drehschieber oder
den Dehnstoffthermostaten 6 einwirken und insbesondere
sich dem Ausdehnverhalten des Dehnstoffelementes überlagern,
eine ähnlich
gutmütige
Sicherheitsüberwachung
zu realisieren wie mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise. Die Wahrscheinlichkeit,
dass Druckspitzen temporär
den Kühlerzweig 6a ungewollt öffnen ist
bei diesen Alternativverfahren extrem hoch und bedeutet im günstigsten Fall
nur eine Einbuße
an Kraftstoffverbrauch und Heizkomfort, weil zusätzlich Wärme über den Kühler verloren geht bzw. plötzlich Kaltwasser
am Heizungswärmetauscher 4 anliegt.
Im ungünstigsten
Fall kann eine häufige
Thermoschock-Wechselbeanspruchung aber auch die Motorlebensdauer
herabsetzen.The same applies to all experiments, by means of pressure cans or similar, which directly on the rotary valve or Dehnstoffthermostaten 6 act and in particular are superimposed on the expansion behavior of the expansion element, a similar good-natured Si safety monitoring to realize as with the inventive approach. The probability that pressure spikes temporarily the cooler branch 6a unintentionally open is extremely high in these alternative methods and means in the best case only a loss of fuel consumption and heating comfort, because in addition heat is lost through the radiator or suddenly cold water at the heat exchanger 4 is applied. In the worst case, frequent thermal shock cycling can also reduce engine life.
Der
Vergleich des Kühlmitteldrucks
mit dem Umgebungsdruck zuzüglich
einer Vorspannkraft bzw. das direkte Arbeiten mit einer Absolutdruck-Dose
ist vor diesem Hintergrund eine durchaus ernst zu nehmende Alternative
zur Ansteuerung mittels der Motorsteuerung, ganz speziell weil eine
einfache Nachrüstung
an bereits bestehenden Motorkühlsystemen möglich ist.Of the
Comparison of the coolant pressure
with the ambient pressure plus
a biasing force or working directly with an absolute pressure can
is a very serious alternative against this background
to control by means of the engine control, especially because a
easy retrofitting
on existing engine cooling systems is possible.
Auch
wenn die freie Ansteuerbarkeit des Zusatzventils 6bv mit
Ansteuerung über
die Motorsteuerung 20 angesichts der besseren Abstimmmöglichkeiten
etwas mehr Kraftstoffeinsparpotenzial verspricht, sind diese extrem
geringen Kosten des direkt druckbetätigten Ventils sehr attraktiv.Even if the free controllability of the additional valve 6bv with control via the motor control 20 Given the better tuning options, it promises slightly more fuel-saving potential, these extremely low costs of the directly pressure-actuated valve are very attractive.
Als
Zusatzventile 6bv mit direkter Ansteuerung über den
Kühlmitteldruck
lassen sich besonders kosteneffektiv Heizungsventile mit Vakuumaktuatoren
zweckentfremden, bei denen anstelle des Luft-Vakuums der Kühlmittelsteuerdruck
an die ursprüngliche
Vakuumdose angelegt wird, mit Anpassung der Vorspannkraft derart,
dass der Überdruck und
nicht der Unterdruck zur Bewegung des Ventilkörpers führt. Eine entsprechende Federkraft
kann wahlweise in die Membrane 101 integriert sein, so wie
in 10, oder es kann eine Feder auf die Membrane 101 einwirken,
so dass der Ventilkörper 106 erst
bei Überschreiten
des atmosphärischen
Druck um einen definierten Wert von beispielsweise 0,4 bar öffnet.As additional valves 6bv With direct control via the coolant pressure can be particularly cost-effective use of heating valves with vacuum actuators in which instead of the air vacuum, the coolant control pressure is applied to the original vacuum can, with adjustment of the biasing force such that the pressure and not the negative pressure leads to the movement of the valve body. A corresponding spring force can optionally in the membrane 101 be integrated, as in 10 , or it can be a spring on the membrane 101 act, so that the valve body 106 only when the atmospheric pressure is exceeded by a defined value of, for example, 0.4 bar opens.
Das
Arbeiten unter atmosphärischem
Druck auf der einen Seite der Membran hat dabei den besonderen Vorteil
der Einfachheit. Angesichts der zulässigen Bandbreite des Drucks
bis zum Öffnen, spielt
die naturgemäße Variation
des Umgebungsdrucks nur eine untergeordnete Rolle. Speziell in höheren geographischen
Lagen öffnet
das Ventil angesichts des geringeren atmosphärischen Drucks etwas früher, was
angesichts der ohnehin etwas kühlungskritischeren
Bergfahrt durchaus erwünscht
ist. Falls dieser Umgebungsdruckeffekt unerwünscht ist, kann aber auch problemlos
eine Absolutdruckdose verwendet werden, bei der z.B. ein definierter
Absolutdruck von Luft zuzüglich
einer Federdruckkraft in der einen Kammer auf die Membrane 101 wirkt
und der Kühlmitteldruck 103 in
der andern Kammer. Der Aufwand, um z.B. den Stößel 104 mit einem
zusätzlichen
Gummifaltenbalg o.ä.
gegen die Druckkammer abzudichten, hält sich dabei durchaus in akzeptablen Grenzen.Working under atmospheric pressure on one side of the membrane has the particular advantage of simplicity. Given the permissible range of pressure to open, the natural variation of the ambient pressure plays only a minor role. Especially in higher geographical positions, the valve opens a little earlier in view of the lower atmospheric pressure, which is quite desirable in view of the already somewhat more cold-critical mountain driving. If this ambient pressure effect is undesirable, however, it is also possible without difficulty to use an absolute pressure can, for example a defined absolute pressure of air plus a spring pressure force in one chamber on the diaphragm 101 acts and the coolant pressure 103 in the other chamber. The effort, for example, the ram 104 with an additional Gummifaltenbalg or similar To seal against the pressure chamber, while keeping within acceptable limits.
Besonders
vorteilhaft lässt
sich das erfindungsgemäße Verfahren
in Verbindung mit einer el. Zusatzpumpe 2 anwenden, mit
Platzierung der beiden Heizungswärmetauscheranschlüsse stromauf des
Zusatzventils 6bv und auf der Druckseite der Motorkühlwasserpumpe,
wahlweise direkt am Pumpenaustritt oder unten am Wassermantel der
Zylinderlaufbahn. Entsprechende Beispiele sind in 3–6 gezeigt.The process according to the invention can be particularly advantageously used in conjunction with an el. Auxiliary pump 2 with placement of the two heater heat exchanger connections upstream of the auxiliary valve 6bv and on the pressure side of the engine cooling water pump, either directly at the pump outlet or at the bottom of the water jacket of the cylinder liner. Corresponding examples are in 3 - 6 shown.
Bei
geschlossenem Zusatzventil 6bv, d.h. geschlossenem Bypasszweig 6b und
geschlossenem Kühlerzweig 6a stellt
sich dabei eine Druckdifferenz Null am Heizungswärmetauscher 4 ein,
ebenso wie im Entlüftungszweig 9a und
innerhalb des Motors 1. Hier lässt sich durch Öffnen und
Schließen
des Auf/Zu-Zusatzventils 6bv verbunden mit Ein- und Ausschalten
der el. Zusatzpumpe 2 zwischen kraftstoffverbrauchsorientierten
Einstellungen mit und ohne Heizung sowie einer Einstellung mit hohem Kühlbedarf
mit geöffnetem
Zusatzventils 6bv umschalten. Dabei ist bei geschlossenem
Zusatzventil 6bv und bei geschlossenem Kühlerzweig 6a insbesondere
die Förderrichtung
durch den Motor mittels Umpolung der el. Zusatzpumpe frei wählbar. Die hieran – je nach
Motorabwärmeangebot
und Heizleistungsbedarf für
die Fahrerkabine – gekoppelten spezifischen
Vorteile und die damit verbundnen zusätzlichen Kraftstoffeinsparpotentiale
mit und ohne Heizung werden später
noch detailliert an Ausführungsbeispielen
beschrieben. Und selbst wenn die el. Pumpe 2 eingespart
werden soll, kann auch mit diesen Anordnungen noch ein Teil des
Kraftstoffeinsparpotentials des erfindungsgemäßen Verfahrens umgesetzt werden,
weil es insbesondere möglich
ist, den Kühlmitteldurchfluss
durch den Motor komplett zu unterbinden indem das Zusatzventil 6bv schließt und bei
Bedarf durch Öffnen
des Zusatzventils 6bv auf konventionellen Kühl-, Heiz-
und Entlüftungsbetrieb
umzuschalten.With additional valve closed 6bv ie closed bypass branch 6b and closed radiator branch 6a it turns a zero pressure difference at the heater core 4 as well as in the venting branch 9a and inside the engine 1 , This can be done by opening and closing the on / off additional valve 6bv connected with switching on and off the el. auxiliary pump 2 between fuel consumption-oriented settings with and without heating and a setting with high cooling demand with open additional valve 6bv switch. It is closed with additional valve 6bv and with closed cooler branch 6a in particular the direction of conveyance through the motor by means of reversal of the el. Additional pump freely selectable. The specific advantages coupled therewith - depending on the engine waste heat requirement and the heating power requirement for the driver's cab - and the associated additional fuel saving potentials with and without heating will be described in detail later using exemplary embodiments. And even if the el. Pump 2 should be saved, even with these arrangements, a part of the fuel saving potential of the method according to the invention can be implemented, because it is particularly possible to completely suppress the coolant flow through the engine by the additional valve 6bv closes and if necessary by opening the additional valve 6bv to switch to conventional cooling, heating and venting operation.
Zur
weiteren Vertiefung des erfindungsgemäßen Gedankenguts werden nachfolgend
einige besonders vorteilhafte Ausgestaltungen noch einmal etwas
detaillierter anhand der exemplarischen Kühl- und Heizkreisläufe in 2–6 beschrieben.In order to further deepen the idea according to the invention, some particularly advantageous embodiments will be described in more detail below with reference to the exemplary cooling and heating circuits 2 - 6 described.
Hierzu
erhält
die Ausgestaltung gemäß 2 insbesondere
die folgenden Bauteile und Eigenschaften:
Der Kühlkreislauf
mit Brennkraftmaschine 1 umfasst u.a. einen Heizungswärmetauscher 4,
einen doppelt wirkendem Dehnstoffthermostaten 6 mit Bypassteller und
Kühlerteller,
Motorkühlmittelpumpe 7,
Zusatzventil 6bv, Ölkühler 40,
Motorsteuerung 20, Ausgleichsbehälter 9 sowie Fahrzeugkühler 8.For this purpose, the embodiment according to 2 in particular the following components and properties:
The cooling circuit with internal combustion engine 1 includes, inter alia, a heating heat exchanger 4 , a double-acting expander thermostat 6 with bypass valve and radiator plate, engine coolant pump 7 , Additional valve 6bv , Oil cooler 40 , Engine control 20 , Out the same container 9 as well as vehicle cooler 8th ,
Der
Fokus liegt hier zunächst
auf der Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs mit minimalen Änderungen
an heute auf dem Markt anzutreffenden Kfz. Im einfachsten Fall beschränken sich
die Änderungen
auf die Verlegung des Heizungsrücklaufs
an eine Position hinter dem Dehnstoffthermostaten 6 und
vor der Motorkühlmittelpumpe 7,
die Einfügung
eines druckverlustarmen Zusatzventils 6bv, welches bei erhöhtem Kühlbedarf
geöffnet
wird sowie gegebenenfalls eine Anpassung der Durchflussrate durch den
Heizungswärmetauscher,
derart, dass der Durchfluss durch den Heizungszweig 4a bei
geöffnetem
Zusatzventil 6bv und geschlossenem Kühlerzweig 6a nur einen
Bruchteil des Kühlmittelstroms im
Bypasszweig 6b beträgt.
Diese Abstimmung ist insbesondere vorteilhaft, um schnelle Reaktionszeiten
beim Übergang
auf hohen Kühlbedarf
zu erzielen und um eine hohe Regelgüte unter Einhaltung der Thermostatsolltemperatur
bei hohem Kühlbedarf
sicherzustellen. Ein zu hoher Kühlmitteldurchsatz
im Heizungszweig würde
bei Motorvolllast und ausgeschalteter Heizung zwangsläufig zu
einer Anhebung der effektiven Thermostat-Nenntemperatur führen, da ein Teil des umlaufenden
Kühlmittels
nicht in den Regelkreis des Dehnstoffthermostaten 6 miteinbezogen
ist.The focus here is initially on improving fuel economy with minimal changes to today's automotive market. In the simplest case, the changes are limited to laying the heating return to a position behind the expansion thermostat 6 and in front of the engine coolant pump 7 , the insertion of a low-pressure-loss additional valve 6bv , which is opened at increased cooling demand and optionally an adjustment of the flow rate through the heating heat exchanger, such that the flow through the heating branch 4a with additional valve open 6bv and closed radiator branch 6a only a fraction of the coolant flow in the bypass branch 6b is. This tuning is particularly advantageous in order to achieve fast response times in the transition to high cooling demand and to ensure a high quality control while maintaining the thermostat target temperature at high cooling demand. Too high a coolant throughput in the heater branch would inevitably lead to an increase in the effective thermostat nominal temperature at engine full load and with the heating switched off, because part of the circulating coolant does not enter the control loop of the expansion thermostat 6 is involved.
Dies
sei nachfolgend anhand eines Zahlenbeispiels verdeutlicht: Bei vielen
Motoren liegt bei geschlossenem Kühlerkreis 6a das Verhältnis Bypassstrom 6b zu Heizungsstrom 4a in
der Größenordnung 3,5
zu 1. Je nach Motorbetriebszustand liegen dabei i.a. Kühlmitteltemperaturdifferenzen
zwischen Motorein- und Motoraustritt bis zu 6K vor, teilweise sogar bis
zu 10K und mehr. Die erfindungsgemäße Zumischung von Kühlmittel
stromab des Dehnstoffthermostaten 6, welches z.B. 10K wärmer ist
als die Thermostatöffnungstemperatur,
würde sich
bei dem Verhältnis
Bypasskühlmittelstrom
zu Heizungskühlmittelstrom
von 3,5 zu 1 wie eine Anhebung der effektiven Thermostatöffnungstemperatur
um etwas mehr als 2 K auswirken. Bis zu mittleren spezifischen Motorleistungen
ist dies noch akzeptabel, bei Hochleistungsturbomotoren vielfach
jedoch bereits kritisch, so dass für diese Motorenbauart gegebenenfalls
eine Reduktion des heizungsseitigen Kühlmittelstroms vorgenommen
werden muss. Dies kann bereits in der Basisauslegung des Heizungszweigs
erfolgen, unter Reduktion der Leitungsquerschnitte oder mittels
Erhöhung
des Druckverlustes im Heizungswärmetauscher
bzw. in Verbindung mit einem aus heizungstechnischer Sicht ohnehin
besonders vorteilhaften Wärmetauscher
in Gegenstrombauart.This is illustrated below by means of a numerical example: In the case of many engines, the cooling circuit is closed 6a the ratio bypass current 6b to heating current 4a in the order of 3.5 to 1. Depending on the engine operating condition, coolant temperature differences between engine inlet and engine outlet are up to 6K, sometimes even up to 10K and more. The admixture of coolant according to the invention downstream of the Dehnstoffthermostaten 6 For example, which is 10K warmer than the thermostatic opening temperature, the ratio of bypass coolant flow to heater coolant flow of 3.5 to 1 would have an effect of slightly more than 2K increase in the effective thermostatic opening temperature. Up to average specific engine power, this is still acceptable, but often already critical in high-performance turbochargers, so that a reduction of the heating-side coolant flow may have to be made for this engine type. This can already be done in the basic design of the heating branch, reducing the line cross-sections or by increasing the pressure loss in the heat exchanger or in combination with a heat from a technical point of view anyway particularly advantageous heat exchanger in countercurrent design.
Die
besonders vorteilhafte erfindungsgemäße Ausgestaltung des Heizkreislaufs
derart, dass bei geschlossenem Thermostaten und voll geöffnetem Bypasszweig
80% oder mehr des motorinternen Kühlmitteldurchsatzes durch den
Bypasszweig 6b gehen, befreit den Anwender insbesondere
von der Notwendigkeit für
diese Problematik eine spezielle fahrzeugspezifische Abstimmungsstrategie
anzuwenden.The particularly advantageous embodiment of the heating circuit according to the invention such that when the thermostat is closed and the bypass branch is fully open, 80% or more of the engine-internal coolant throughput through the bypass branch 6b In particular, the user is freed from the need to apply a special vehicle-specific coordination strategy for this problem.
Ist
bereits ein zusätzliches
Ventil im Heizungskreislauf verfügbar,
z.B. bei Fahrzeugen mit wasserseitiger Regelung der Kabinenheizung
oder um bei luftseitiger Regelung die ungewollte Erwärmung der
Kabinenluft beim Betrieb ohne Heizung zu unterbinden, so ist es
insbesondere vorteilhaft, zur Absenkung der effektiven Thermostatöffnungstemperatur
mit diesem heizungsseitigen Ventil den Kühlmitteldurchsatz im Heizungszweig
zu drosseln oder ganz zu unterbinden.is
already an additional one
Valve in the heating circuit available,
e.g. in vehicles with water-side control of the cabin heater
or in the case of air-side regulation, the unwanted heating of the
To prevent cabin air during operation without heating, that's how it is
particularly advantageous for lowering the effective thermostatic opening temperature
with this heater-side valve, the coolant flow in the heating branch
to throttle or stop altogether.
Die
Ansteuerung des Zusatzventils 6bv und gegebenenfalls eines
zusätzlichen
Ventils im Heizungszweigs kann beispielsweise von der Motorsteuerung 20 erfolgen,
welche über
den Temperatursensor 20a den Kühlbedarf ermittelt. Gegebenenfalls wird
zusätzlich
ein thermisches Modell hinterlegt, welches z.B. anhand der in der zurückgelegten
Wegstrecke integrierten Verläufe
der Motorlast und Motordrehzahl sowie deren Momentanwerte festlegt, welche
Betriebsart des Zusatzventils 6bv gewählt wird.The activation of the additional valve 6bv and optionally an additional valve in the heating branch, for example, by the engine control 20 done, which via the temperature sensor 20a determined the cooling demand. Optionally, a thermal model is also stored, which defines, for example, based on the integrated over the distance covered curves of engine load and engine speed and their instantaneous values, which mode of the additional valve 6bv is selected.
Bei
geöffnetem
Zusatzventil 6bv wird das Kühlmittel gemäß 2 von
der Motorkühlmittelpumpe 7 durch
die Brennkraftmaschine 1 gefördert und strömt über das
Zusatzventil 6bv im Bypasszweig 6b zum konventionellen
Dehnstoffthermostaten 6. Während des Warmlaufs verschließt der kühlerseitige
Teller des Dehnstoffthermostaten den Kühlerkreislauf 6a während der
bypassseitige Teller geöffnet
ist. Die Entlüftungsleitung 9a des
Ausgleichsbehälters 9 ist
stromab des Zusatzventils 6bv angeschlossen. Vom Ausgleichsbehälter strömt das Kühlmittel
gemeinsam mit dem Wasser des Ölkühlerrücklaufs
in den Bypassthermostaten 6. Da ein konventioneller Bypassthermostat 6 verwendet
wird, ist diese bei konventionellen Kühlsystemen üblicherweise für den Heizungsrücklauf verwendete
Leitung bei geöffnetem
wie bei geschlossenem Thermostaten 6 zur Motorkühlmittelpumpe 7 hin
offen. Stromauf des Zusatzventils 6bv wird das Kühlwasser
für den
Heizungskreislauf 4a entnommen. Der Heizungswärmetauscher 4 ist
bei dieser Einstellung in herkömmlicher Weise
durchströmt.
Solange das Zusatzventil 6bv im geöffneten Zustand nur einen relativ
kleinen Druckverlust erzeugt, muss zum Erzielen der vollen Heizleistung
keine weitere Umgestaltung der Bauteile vorgenommen werden. Bevorzugt
kommt deshalb als Zusatzventil ein Drehschieber zum Einsatz, der im
geöffneten
Zustand den vollen Kanalquerschnitt der Bypassleitung 6b freigibt.
Da der Drehschieber nur auf/zu betätigt wird, ist dieser sehr
einfach und preiswert herstellbar, am einfachsten mit einem Vakuum-Aktuator
der über
ein von der Motorsteuerung 20 angesteuertes Magnetventil
mit Unterdruck versorgt wird.With additional valve open 6bv is the coolant according to 2 from the engine coolant pump 7 by the internal combustion engine 1 promoted and flows over the additional valve 6bv in the bypass branch 6b to the conventional expansion thermostat 6 , During warm-up, the radiator-side plate of the expansion thermostat closes the radiator circuit 6a while the bypass side plate is open. The vent line 9a of the expansion tank 9 is downstream of the additional valve 6bv connected. From the expansion tank, the coolant flows together with the water of the oil cooler return into the bypass thermostats 6 , As a conventional bypass thermostat 6 is used in conventional cooling systems usually used for the heating return line with open as closed thermostat 6 to the engine coolant pump 7 open. Upstream of the additional valve 6bv is the cooling water for the heating circuit 4a taken. The heating heat exchanger 4 is traversed at this setting in a conventional manner. As long as the additional valve 6bv In the open state, only a relatively small pressure loss generated, no further transformation of the components must be made to achieve the full heating power. Therefore, a rotary valve is preferably used as an additional valve, the full channel cross section of the bypass line in the open state 6b releases. Since the rotary valve is only operated on /, this is very simple and inexpensive to produce, most easily with a Va The vacuum actuator is one of the engine control 20 controlled solenoid valve is supplied with negative pressure.
Im
Warmlauf ohne Kabinenheizbedarf wird bei geringer bis mittlerer
Motorlast das Zusatzventil 6bv durch die Motorsteuerung 20 geschlossen.
Damit ist nicht nur der Bypasskreislauf 6b unterbrochen sondern
auch der Entlüftungskreislauf 9a,
der Kühlerkreislauf 6a und
die Durchströmung
des Ölkühlers 40.
Mit dem auf den Durchfluss im Heizungszweig reduzierten Kühlmitteldurchsatz
sinkt in bekannter Weise der wasserseitige Wärmeübergangskoeffizient im Motor
und es steigt die motorinterne Kühlmittel-
und Bauteiltemperatur. Die Reduktion der Reibleistung durch eine
wärmere
Zylinderlaufbahn, etwas geringere Antriebsleistung der Motorkühlmittelpumpe, wärmeres Öl und bei
Ottomotoren die thermische Entdrosselung der Ansaugluft führen dann
letztlich zu der charakteristischen Kraftstoffeinsparung dieser Wärmemanagementmaßnahme.
Solange über
geeignete Sensoren bzw. thermische Modelle ein Überhitzen des Motors sichergestellt
ist, kann das Zusatzventil 6bv geschlossen bleiben. Ist
wegen zu hoher Pumpendrehzahl mit Kavitation an der Kühlmittelpumpe 7 zu
rechnen, so öffnet
die Motorsteuerung 20 das Zusatzventil 6bv. Ebenso
bei zu hoher thermischer Last oder bei Motor-Vollast. Die hohe Stellgeschwindigkeit
des Zusatzventils 6bv im Vergleich zur potenziellen Alternative „EI. Thermostat" erweitert hier den
Spielraum bis zum ersten Öffnen
des Thermostaten erheblich. Dabei sind je nach Brennkraftmaschinenbauart
verschiedene Strategien bis zum ersten Öffnen des Zusatzventils vorteilhaft.During warm-up without cabin heating demand is at low to medium engine load, the additional valve 6bv through the engine control 20 closed. This is not just the bypass cycle 6b interrupted but also the ventilation circuit 9a , the cooler circuit 6a and the flow through the oil cooler 40 , With the coolant flow rate reduced to the flow in the heating branch, the water-side heat transfer coefficient in the engine decreases in a known manner and the coolant and component temperature in the engine increases. The reduction of friction by a warmer cylinder liner, slightly lower engine power the engine coolant pump, warmer oil and gasoline engines thermal Entdrosselung the intake air then ultimately lead to the characteristic fuel economy of this heat management measure. As long as suitable sensors or thermal models overheat the engine is ensured, the additional valve 6bv stay closed. Is because of too high pump speed with cavitation on the coolant pump 7 to calculate, so opens the engine control 20 the additional valve 6bv , Likewise if the thermal load is too high or at full motor load. The high actuating speed of the additional valve 6bv compared to the potential alternative "EI. Thermostat "considerably expands the range of motion until the first time the thermostat is opened, depending on the type of internal combustion engine, where various strategies are advantageous until the auxiliary valve is opened for the first time.
Die
einfachste Strategie ist möglichst
lange zu warten, bis das Zusatzventil 6bv öffnet und
den Bypasszweig nebst Ölkühler sowie
den Entlüftungskreislauf
einbindet und gegebenenfalls den Kühlerkreislauf etwas öffnet. Dabei
kann es zur besseren Entlüftung
vorteilhaft sein, die ersten Sekunden des Warmlaufs noch mit geöffnetem
Zusatzventil 6bv zu arbeiten.The simplest strategy is to wait as long as possible until the additional valve 6bv opens and the Bypasszweig together with oil cooler and the vent circuit incorporates and optionally opens the radiator circuit something. It may be advantageous for better ventilation, the first few seconds of warm-up still open with additional valve 6bv to work.
Es
kann insbesondere aber auch vorteilhaft sein, das Zusatzventil 6bv zunächst geschlossen
zu halten, dann bei Erreichen einer ersten Temperatur unterhalb
der Thermostatöffnungstemperatur
das Zusatzventil zu öffnen,
so dass sich ein erster Temperaturausgleich im Bypass- und Heizungszweig
einstellt und sich am Ölkühler 40 eine
Wärmeübertragung
vom Wasser ans Öl
einstellt. Gegebenfalls muss hier der Durchfluss in der Entlüftungsleitung durch
eine fest eingebaute Drosselstelle zusätzlich gedrosselt werden.In particular, however, it may also be advantageous to use the additional valve 6bv initially keep closed, then to open the auxiliary valve when reaching a first temperature below the thermostat opening temperature, so that a first temperature compensation in the bypass and heating branch adjusts itself and the oil cooler 40 a heat transfer from the water to the oil sets. If necessary, the flow in the vent line must be additionally throttled by a permanently installed throttle point.
Solange
keinerlei Strömung
im Bypasszweig 6b vorliegt, besteht keine Gefahr, dass
ein Teil des erwärmten
Kühlwassers über ein
Teilöffnen
des Kühlerthermostaten
entweicht.As long as no flow in the bypass branch 6b There is no risk that a part of the heated cooling water escapes through a partial opening of the radiator thermostat.
Ein
sprungartiges Öffnen
des Zusatzventils 6bv führt
unmittelbar zu einer Erhöhung
des Wärmeübergangskoeffizienten
im Wassermantel des Motors und damit zu einer Kühlwirkung. Ein Thermoschock-Risiko
besteht dabei nicht, da der Thermostat 6 bei geöffnetem
Zusatzventil 6bv in bekannter Weise ein sukzessives Zumischen
kalten Kühlwassers aus
dem Kühlerzweig
sicherstellt.A sudden opening of the additional valve 6bv leads directly to an increase in the heat transfer coefficient in the water jacket of the engine and thus to a cooling effect. A thermal shock risk does not exist because the thermostat 6 with additional valve open 6bv ensures in a known manner a successive admixing of cold cooling water from the radiator branch.
Gegebenenfalls
erfolgt ein getaktetes Öffnen des
Zusatzventils 6bv, so dass ein allmähliches Zuschalten des Kühlers realisierbar
ist. Auf diesem Wege lassen sich auch noch bei Wärmeabfuhr über den Kühler 8 erhöhte Bauteiltemperaturen
realisieren.Optionally, a clocked opening of the additional valve takes place 6bv , so that a gradual connection of the radiator is feasible. In this way, even when heat dissipation through the radiator 8th realize increased component temperatures.
Dabei
nimmt das erfindungsgemäße Vorgehen
gemäß 2 nicht
in Anspruch, der thermodynamisch beste Weg zu sein. Vielmehr ist
hier stets das Verhältnis
von Kosten zu Nutzen zu sehen. Speziell wenn der Kraftstoffverbrauch
ohne zusätzliche Ansprüche an die
Heizwirkung im Vordergrund stehen, ist das erfindungsgemäße Vorgehen
bereits ohne den Einsatz von Spezialheizungswärmetauschern für geringeren
Durchfluss vorteilhaft.In this case, the inventive method according to 2 not claiming to be the thermodynamically best way. Rather, the ratio of costs to benefits can always be seen here. Especially if the fuel consumption without additional demands on the heating effect in the foreground, the inventive method is already without the use of special heat exchangers for lower flow advantageous.
Das
Schließen
des Zusatzventils 6bv bewirkt je nach Fördercharakteristik der Motorkühlmittelpumpe 7 eine
gewisse Druckerhöhung
und damit einen erhöhten
Kühlmitteldurchsatz
durch den Heizungswärmetauscher 4.
Frühere
Bemühungen
verschiedenster Patentanmeldungen konzentrierten sich darauf, damit
eine Verbesserung des Heizungswärmetauscherwirkungsgrades
zu bewirken. Sowohl der Druckgewinn als auch die Verbesserung des Heizungswärmetauscherwirkungsgrades
ist i.a. aber vergleichsweise gering und rechtfertigen für sich alleine
den Aufwand für
das Zusatzventil 6bv wohl kaum. Darüber hinaus hat sich inzwischen
gezeigt, das es im Gesamtsystem auch bei Fokus auf bessere Heizleistung
im Warmlauf und bei Heizleistungsdefizit vielfach günstiger
ist, den Heizungswärmetauscher
mit geringerem Durchfluss zu betreiben, um die Wärmeverluste an die Umgebung
zu minimieren.Closing the additional valve 6bv causes depending on the delivery characteristics of the engine coolant pump 7 a certain pressure increase and thus increased coolant flow through the heater core 4 , Previous efforts in a wide variety of patent applications have focused on bringing about an improvement in heater core efficiency. However, both the pressure gain and the improvement of Heizungswärmetauscherwirkungsgrades is generally comparatively low and justify the cost of the additional valve by itself 6bv hardly likely. In addition, it has since been shown that it is often more favorable in the overall system, even with a focus on better heat output in warm-up and heating power deficit, to operate the heater core with lower flow to minimize heat loss to the environment.
Wenn
gleichzeitig eine Verbesserung der Heizleistung gefragt ist, so
ist es ausgehend von 2 besonders vorteilhaft, das
Zusatzventil 6bv zu schließen, gleichzeitig eine Drosselung
des Kühlmitteldurchsatzes
durch den Motor und den Heizungswärmetauscher vorzunehmen wobei
der Heizungswärmetauscher
bevorzugt in Gegenstrombauweise auszugestalten ist.If at the same time an improvement of the heat output is required, then it is based on 2 particularly advantageous, the additional valve 6bv to close at the same time make a throttling of the coolant flow rate through the engine and the heater core where the heater core is preferably designed in countercurrent construction.
3 zeigt
eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit einer el. Zusatzpumpe 2 im Heizungszweig. 3 shows a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention with an el. auxiliary pump 2 in the heating branch.
Das
Kühlwasser
für den
Heizungskreislauf 4a wird hier hinter der Motorkühlwasserpumpe 7 oder im
unteren Bereich des Wassermantels im Motorblock entnommen und strömt bei geschlossenem
Zusatzventil 6bv und geschlossenem Kühlerkreislauf 6a über den
Zylinderkopf zurück
zum Zylinderblock, d.h. die el. Zusatzpumpe 2 invertiert
bei geschlossenem Zusatzventil 6bv die Durchströmungsrichtung des
Motors 1. Diese Invertierung der Strömung ist insbesondere dann
von Vorteil, wenn am Heizungswärmetauscher 4 Wärme für Heizzwecke
entnommen werden muss oder wenn bei Betrieb ohne Heizung nach anfänglich stehendem
Kühlwasser
eine Homogenisierung der Motortemperatur erforderlich ist. Kaltwasserzonen
im besonders reibleistungskritischen Wassermantelbereich entlang
der Zylinderlaufbahn werden so abgesaugt, in den Motor zurückgefördertes
kaltes Kühlwasser
wird am weniger auf kalte Reibflächen
sensitiven Zylinderkopf vorgewärmt.The cooling water for the heating circuit 4a is here behind the engine cooling water pump 7 or taken in the lower part of the water jacket in the engine block and flows with the auxiliary valve closed 6bv and closed radiator circuit 6a over the cylinder head back to the cylinder block, ie the el. auxiliary pump 2 inverted with closed additional valve 6bv the flow direction of the motor 1 , This inversion of the flow is particularly advantageous when the heating heat exchanger 4 Heat must be removed for heating purposes or when operating without heating after initially standing cooling water homogenization of the engine temperature is required. Cold water zones in the especially friction-resistant water jacket area along the cylinder liner are thus extracted, cold cooling water fed back into the engine is preheated on the cylinder head which is less sensitive to cold friction surfaces.
Beim Öffnen des
Zusatzventils 6bv fördert die
el. Zusatzpumpe gemäß 3 das
Kühlmittel
mit Unterstützung
durch die Motorkühlmittelpumpe 7 durch
den Heizungswärmetauscher 4.
Die Durchströmungsrichtung
des Motors ist nun wieder vom Block zum Kopf, da die hohe Förderleistung
der Motorkühlmittelpumpe 7 die
Durchflussrichtung bestimmt. Speziell bei Anwendungen mit Gegenstromheizungswärmetauscher
und besonders geringem Kühlmittelvolumenstrom
im Bereich von 2 l/min und weniger, mit vergleichsweise geringer
el. Antriebsleistung der el. Zusatzpumpe, ist es am einfachsten,
die el. Pumpe einfach weiterlaufen zulassen. Speziell die Auslegung
auf relativ geringen Kühlmittelstrom
durch den Heizungswärmetauscher
stellt sicher, dass der nicht durch den gesamten Motor geförderte Heizungskühlmittelvolumenstrom
nicht zu einem Vollast-Kühldefizit
der Brennkraftmaschine führt.When opening the additional valve 6bv promotes the el. auxiliary pump according to 3 the coolant with the assistance of the engine coolant pump 7 through the heating heat exchanger 4 , The flow direction of the engine is now again from block to head, as the high flow rate of the engine coolant pump 7 the direction of flow is determined. Especially for applications with a countercurrent heat exchanger and a particularly low coolant volume flow in the range of 2 l / min and less, with comparatively low el. Drive power of the el. Auxiliary pump, it is easiest to simply allow the el. Pump to continue running. Specifically, the design for relatively low coolant flow through the heater core ensures that the heater coolant flow not promoted by the entire engine does not result in a full load cooling deficit of the engine.
Von
besonderem Vorteil ist es bei dieser Ausgestaltung gemäß 3,
dass die Förderrichtung
der el. Pumpe 2 bei geschlossenem Zusatzventil 6bv und
geschlossenem Kühlerkreis
je nach Anforderung bezüglich
Heizen, Kühlen
und Heißkühlen umgedreht
werden kann. Insbesondere bei Verdrängerpumpen und Axial-Impellerpumpen
kann dies einfach durch Umkehren der Pumpendrehrichtung erfolgen,
so wie in 4 gezeigt.It is particularly advantageous according to this embodiment 3 in that the conveying direction of the el. pump 2 with additional valve closed 6bv and closed cooler circuit depending on the requirements for heating, cooling and hot cooling can be reversed. Especially with positive displacement pumps and axial impeller pumps, this can be done simply by reversing the pump rotation direction, as in 4 shown.
Mit
Blick auf das Kosteneinsparpotenzial bei Verwendung bereits verfügbarer Serienbauteile
ist es aber durchaus auch möglich,
beider el. Zusatzpumpe 2 keine Neukonstruktion zu verwenden.
Um Kraftstoffverbrauchsvorteile mit besonders kostengünstigen
konventionellen Kfz-Heizungspumpen, insbesondere mit Radial-Impellerpumpen, zu
realisieren, kann die Umkehrung der Strömungsrichtung von invertierter
Motordurchströmung
auf normale Motordurchströmung
bei einer Anordnung gemäß 3 durch Öffnen des
Bypassventils 6bv bei gleichzeitigem Abschalten der el.
Zusatzpumpe 2 besonders einfach und kostengünstig erfolgen.With regard to the potential cost savings when using already available serial components, it is also quite possible, both el. Additional pump 2 no redesign to use. In order to realize fuel consumption advantages with particularly inexpensive conventional motor vehicle heating pumps, in particular with radial impeller pumps, the reversal of the flow direction from inverted engine flow to normal engine flow in an arrangement according to 3 by opening the bypass valve 6bv at the same time switching off the el. auxiliary pump 2 very easy and inexpensive.
Diese
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß 3 bzw.
mit umgekehrter Förderrichtung
der el. Pumpe in 4 ermöglichen es, mit minimalem Bauteilaufwand
sowohl stehendes Kühlwasser
innerhalb des Motors als auch eine Durchströmung vom Kopf zum Block als
auch die Durchströmung
vom Block zum Kopf zu realisieren. In Verbindung mit der el. Ansteuerung
des el. Zusatzventils und der el. Zusatzpumpe mittels der Motorsteuerung 20 ergibt
sich darüber
hinaus eine weitgehend freie Einstellbarkeit der Kühlmittel-
bzw. Motorbauteiltemperatur. Das Kosten/Nutzen-Verhältnis in
Bezug auf den erzielbaren Kraftstoffverbrauchsvorteil ist damit
wesentlich günstiger
als bei bisher bekannten Wärmemanagementmaßnahmen.
Neben dem Kraftstoffverbrauchsvorteil mit und ohne Heizung kommen
in Verbindung mit den heizleistungsorientierten Ergänzungsmaßnahmen
weitere Vorteile durch eine verbesserte Heizleistung und gegebenenfalls
den Entfall der Kosten für
Zuheizmaßnahmen hinzu.These embodiments of the method according to the invention 3 or in the reverse direction of the el. Pump in 4 make it possible to realize with minimal component expenditure both standing cooling water inside the engine as well as a flow from the head to the block as well as the flow from the block to the head. In conjunction with the el. Control of the el. Additional valve and the el. Auxiliary pump by means of the motor control 20 In addition, a largely free adjustability of the coolant or engine component temperature results. The cost / benefit ratio in relation to the achievable fuel consumption advantage is thus much cheaper than previously known thermal management measures. In addition to the fuel consumption advantage with and without heating come in conjunction with the heating performance-oriented supplementary measures further benefits through improved heating and possibly eliminating the cost of additional heating.
Wenn
speziell bei Fahrzeugen der gehobenen Preisklasse vielfach ohnehin
eine el. Heizungspumpe zum Einsatz kommt, um bei stehender Brennkraftmaschine
durch Umwälzen
von Kühlmittel
eine Aufrechterhaltung der Kabinenheizung sicherzustellen oder um
den Turbolader nach Abstellen des Motors zu kühlen, verbessert sich das Kosten/Nutzen-Verhältnis noch
weiter.If
especially for vehicles of the upper price range many times anyway
an el. Heating pump is used to stand at a stationary internal combustion engine
by circulation
of coolant
to ensure or maintain a maintenance of the cabin heater
Cooling the turbocharger after the engine has been stopped, the cost / benefit ratio is still improving
further.
Dabei
wirkt es sich insbesondere kostensenkend aus, wenn die Umschaltung
der Förderrichtung in
den Normalbetrieb durch einfaches Abschalten der el. Zusatzpumpe 2 realisiert
werden kann, da dann die Lebensdaueranforderungen an die Zusatzpumpe deutlich
abgesenkt werden können.
Verfügbare Low-Cost-Heizungs- bzw. Turbonachlaufpumpen
mit einfachen Bürstenmotoren
genügen
hier bereits.It has a cost-reducing effect, in particular, when switching the conveying direction to normal operation by simply switching off the el. Auxiliary pump 2 can be realized, since then the life requirements of the auxiliary pump can be significantly lowered. Available low-cost heating or turbocharging pumps with simple brush motors are already sufficient here.
Wie
bereits beschrieben, ermöglichen
sowohl die Ausgestaltung gemäß 3 als
gemäß 4 die
Einstellung stehenden Kühlmittels,
wenn die el. Zusatzpumpe 2 zeitgleich mit dem Schließen des
Zusatzventils 6bv mittels der Ansteuerung 20c ausgeschaltet
wird. Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems bietet den ganz
besonderen Vorteil, dass es ermöglicht
einerseits mit stehendem Kühlwasser
zu arbeiten, andererseits aber auch mit – im Vergleich zum offenen
Bypasszweig – geringen
Mengen zirkulierenden Kühlwassers.
Dies ist insbesondere für
Betriebssituationen mit Heizung von Vorteil, da sich nun Vorteile
bezüglich
Kraftstoffverbrauch und Heizwirkung erzielen lassen. Insbesondere
ist es auch möglich,
die Kühlmitteltemperaturen
durch Zuschalten der el. Zusatzpumpe im Verlauf des Warmlaufs ohne
die Gefahr lokaler Überhitzung
auf ein noch etwas erhöhtes
Niveau anzuheben. Dies gilt für
die Einbindung gemäß 3 ebenso
wie für
die Anordnung gemäß 4 mit
umgekehrter Strömungsrichtung.
In beiden Fällen
besteht bei Durchströmung
des Heizungswärmetauschers keine
Gefahr, dass der Kühler
ungewollt geöffnet wird,
weil warmes Kühlmittel
entlang des Thermostaten 6 strömt. Darüber hinaus bietet die Einbindung gemäß 3 den
Vorteil, dass bei geschlossenem Zusatzventil 6bv eine Durchströmung des
Motors vom Kopf zum Block erfolgt. Dies bringt Kraftstoffverbrauchsvorteile
beim Zuschalten des anfangs kalten Heizkreislaufs und ganz besonders
bei Wärmeentnahme
am Heizungswärmetauscher.
Diese Vorteile sind zum einen dadurch begründet, dass angesichts der tribologischen
Erfordernisse im Zylinderkopf kaltes Kühlmittel weniger schädlich ist
als im Bereich der Zylinderlaufbahn. Ein weiterer Vorteil ergibt
sich daraus, dass gegebenenfalls absinkendes Kaltwasser nicht unten
im Wassermantel stehen bleibt sondern abgesaugt wird.As already described, both the embodiment according to FIG 3 as according to 4 the setting of stationary coolant, if the el. auxiliary pump 2 simultaneously with the closing of the additional valve 6bv by means of the control 20c is turned off. This embodiment of the system according to the invention offers the very special advantage that it allows one hand to work with stagnant cooling water, but on the other hand with - compared to the open bypass branch - small amounts of circulating cooling water. This is particularly advantageous for operating situations with heating, since now advantages in terms of fuel consumption and heating effect can be achieved. In particular, it is also possible to increase the coolant temperatures by switching on the el. Auxiliary pump in the course of warming without the risk of local overheating to a somewhat elevated level ben. This applies to the integration according to 3 as well as for the arrangement according to 4 in reverse flow direction. In both cases, there is no risk of the radiator being opened unintentionally when the heating heat exchanger flows through, because warm coolant flows along the thermostat 6 flows. In addition, the integration offers according to 3 the advantage that when the additional valve is closed 6bv a flow of the engine from the head to the block takes place. This brings fuel economy benefits when connecting the initial cold heating circuit and especially when removing heat from the heater core. These advantages are due to the fact that in view of the tribological requirements in the cylinder head cold coolant is less harmful than in the cylinder bore. Another advantage arises from the fact that possibly sinking cold water does not stay down in the water jacket but is sucked off.
Umgekehrt
ist speziell bei erhöhten
Anforderungen an die Heizung normalerweise die Ausgestaltung gemäß 4 etwas
günstiger,
da der Zylinderblock und der Bereich Kurbelwelle/Ölwanne etwas weniger
erwärmt
werden. Das gilt ganz besonders bei der Einbindung des Ölkühlers 40 gemäß 6, wo
das am Heizungswärmetauscher 4 abgekühlte Kühlwasser
dem Öl
zusätzlich
Wärme entzieht.
Speziell bei relativ geringem Durchfluss durch den Heizungswärmetauscher
sind die hier in Richtung besserer Heizwirkung übertragenen Wärmemengen durchaus
signifikant. Die Einbindung stromab der Motorkühlmittelpumpe 7 hat
den ganz besonderen Vorteil, dass bei geschlossenem Zusatzventil 6bv die Strömung durch
den Motor sehr leicht zwischen dem Zustand gemäß 5 und 6 umgeschalten
werden kann, d.h. es kann sehr leicht zwischen einer heizleistungsorientierten
und einer mehr kraftstoffverbrauchsoptimierten Betriebsart umgeschaltet
werden. Es genügt
hierzu eine einfache Umpolung der el. Zusatzpumpe 2. Hierzu
ist es insbesondere vorteilhaft, die Zusatzpumpe 2 als
Zahnradpumpe, G-Rotor-Pumpe oder Axial-Impellerpumpe auszugestalten,
da bei diesen Pumpen prinzipbedingt eine Umkehrung der Förderrichtung
sehr einfach ist. Solange das Zusatzventil 6bv geschlossen
bleibt, ist der erforderliche Druck der el. Zusatzpumpe 2 für beide Strömungsrichtungen
durch den Heizungswärmetauscher
annähernd
gleich. Dabei spielt es keine Rolle, wie schnell sich die Motorkühlmittelpumpe 7 dreht. Dies
vereinfacht insbesondere die Verwirklichung von Durchflusskontrollstrategien
durch den Motor bzw. durch den Heizungswärmetauscher erheblich, was
sowohl für
einen Betrieb in Richtung besserer Heizleistung sehr hilfreich ist
aber auch für
den Betrieb in Richtung besseren Kraftstoffverbrauchs.Conversely, especially with increased demands on the heating normally the embodiment according to 4 slightly cheaper, as the cylinder block and the crankshaft / oil sump area are heated slightly less. This is especially true when integrating the oil cooler 40 according to 6 where the at the heat exchanger 4 Cooled cooling water extracts additional heat from the oil. Especially at relatively low flow through the heating heat exchanger, the amounts of heat transferred here in the direction of better heating effect are quite significant. The integration downstream of the engine coolant pump 7 has the special advantage that when the additional valve is closed 6bv the flow through the engine very easily between the state according to 5 and 6 can be switched, ie it can be easily switched between a heating power-oriented and a more fuel consumption optimized mode. It suffices for this purpose a simple reversal of the el. Auxiliary pump 2 , For this purpose, it is particularly advantageous, the auxiliary pump 2 as a gear pump, G-rotor pump or axial impeller pump to design, because in these pumps, in principle, a reversal of the conveying direction is very easy. As long as the additional valve 6bv remains closed, is the required pressure of the el. auxiliary pump 2 for both directions of flow through the heating heat exchanger approximately equal. It does not matter how fast the engine coolant pump gets 7 rotates. This considerably simplifies the implementation of flow control strategies by the engine or by the heat exchanger, which is very helpful both for operation in the direction of better heat output and also for operation in the direction of better fuel consumption.
Eine
Durchflussstrategie für
die gleichzeitige Verbesserung von Heizleistung und Kraftstoffverbrauch
unter Verwendung des Kühlkreislaufs
gemäß 6 und 5 könnte damit
z.B. folgendermaßen besonders
vorteilhaft ausgestaltet werden:
Bei einem Kaltstart bei –10°C Umgebungstemperatur und
50 km/h, d.h. bei rel. geringer Motorlast, wird in einem ersten
Schritt das Zusatzventil 6bv geschlossen, die el. Zusatzpumpe
fördert
das Kühlmittel
in der in 6 gezeigten Richtung. Damit
wird ein sicheres Defrosten der Windschutzscheiben sichergestellt bzw.
ein Beschlagen der Scheiben wird vermieden. Nach Erreichen einer
Mindest-Kühlmitteltemperatur wird
dann die Gebläseleistung
allmählich
hochgefahren, so dass der Luftmassenstrom in die Fahrerkabine hinein
steigt, wobei gleichzeitig die Luftströmung nun nicht mehr primär durch
die Defrosterdüsen
geleitet wird, sondern auch in Richtung Fußraum und gegebenenfalls in
Richtung Mannanströmer.A flow strategy for the simultaneous improvement of heating power and fuel consumption using the refrigeration cycle according to 6 and 5 could thus be designed particularly advantageous, for example, as follows:
For a cold start at -10 ° C ambient temperature and 50 km / h, ie at rel. low engine load, in a first step, the additional valve 6bv closed, the el. auxiliary pump conveys the coolant in the in 6 shown direction. For a secure defrosting of the windshields is ensured or fogging of the discs is avoided. After reaching a minimum coolant temperature, the fan power is then increased gradually, so that the air mass flow into the cab increases, while the air flow is now no longer primarily directed by the defroster, but also in the direction of the footwell and possibly in the direction Mannanströmer.
Dabei
ist es zur Maximierung der Kabinenheizwirkung vorteilhaft, wenn
der Kühlmittelmassenstrom
durch den Heizungswärmetauscher 4 so
eingestellt wird, dass die Kühlmitteltemperatur
an dessen Austritt spürbar
unterhalb der Öltemperatur
des durch den Ölkühler 40 strömenden Motoröls liegt.
Je besser der Wärmenutzungsgrad
des Heizungswärmetauschers
bei relativ geringen Kühlmitteldurchflüssen ist,
desto mehr Wärme
lässt sich
auf diesem Umweg über
die Abkühlung
des Motoröls
für Heizzwecke
gewinnen. Die reduzierten Wärmeverluste
an die Umgebung überkompensieren
bei sorgfältiger
Abstimmung von Kühlmittevolumenstrom
und Heizungswärmetauscherwirkungsgrad
die Einbußen
an Heizungswärmetauscherwirkungsgrad
bei Reduktion des Kühlmittedurchsatzes.
Für maximale
Heizleistung ist es dabei insbesondere vorteilhaft, Heizungswärmetauscher
in Gegenstrombauart zu verwenden, da diese bei Reduktion des Kühlmitteldurchsatzes wesentlich
weniger Wirkungsgradeinbuße
haben als konventionelle Kreuzstromwärmetauscher.In this case, it is advantageous for maximizing the cabin heating effect when the coolant mass flow through the heating heat exchanger 4 is adjusted so that the coolant temperature at the outlet noticeably below the oil temperature of the oil cooler 40 flowing engine oil is. The better the degree of heat utilization of the heating heat exchanger at relatively low coolant flows, the more heat can be obtained on this detour via the cooling of the engine oil for heating purposes. The reduced heat losses to the environment overcompensate for losses of heater heat exchanger efficiency with reduction of the cooling gas throughput, with careful tuning of coolant center volume flow and heater core efficiency. For maximum heating power, it is particularly advantageous to use countercurrent heat exchanger, since they have much lower efficiency loss in reducing the coolant throughput than conventional cross-flow heat exchanger.
Wenn
in der Fahrerkabine die gewünschte Innenraumtemperatur
erreicht ist, verhindert die luftseitige Regelklappe 5,
dass die Innenraumtemperatur im Fahrzeug weiter ansteigt, indem
ein Teil der in die Kabine geförderten
Frischluft am Heizungswärmetauscher 4 vorbei
geleitet wird.When the desired interior temperature is reached in the cab, the air-side damper prevents 5 in that the interior temperature in the vehicle continues to rise by adding a portion of the fresh air delivered to the cabin to the heat exchanger 4 passed by.
Damit
steigt die Kühlmitteltemperatur
am Heizungswärmetauscheraustritt
und dem Öl
wird weniger oder gar keine Wärme
mehr entzogen. Im weiteren Verlauf der Fahrt wird i.a. die Kühlmitteltemperatur
weiter steigen, speziell wenn die am Heizungswärmetauscher entnommene Wärmemenge
bei warmem Innenraum zusätzlich
durch ein Zurücknehmen der
Gebläseleistung
abnimmt. Doch auch wenn das Kühlmittel
mit Temperaturen oberhalb der Thermostatöffnungstemperatur von beispielsweise
88°C aus dem
Heizungswärmetauscher
bzw. dem Ölkühler zum
Motor zurückströmt bleibt
der Thermostat 6 geschlossen, da das Kühlmittel nicht entlang des
Dehnstoffelementes strömt.
Damit wird sichergestellt, dass nicht unbeabsichtigt Wärme über den
Kühler 8 abgegeben
wird, bevor eine vollständige
Erwärmung
des Motors einschließlich
des Kühlwassers
und des Öls erfolgt
ist.Thus, the coolant temperature rises at the Heizungswärmetauscheraustritt and the oil is less or no heat removed. In the further course of the journey, in general, the coolant temperature will continue to rise, especially if the amount of heat taken off at the heating heat exchanger, in the case of a warm interior, additionally decreases by a reduction in the fan power. But even if the coolant with temperatures above the thermostat opening temperature, for example, 88 ° C from the heater core and the oil cooler flows back to the engine, the thermostat 6 closed, because the coolant is not along the Dehn material element flows. This will ensure that there is no unintentional heat over the radiator 8th is discharged before a complete warming of the engine including the cooling water and the oil has occurred.
Optional
kann die el. Pumpe 2 nach Erreichen der gewünschten
Innenraumtemperatur in der Förderleistung
erhöht
werden, um den Wärmeeintrag ins
Motoröl
dadurch zu erhöhen,
dass das Kühlwasser
wärmer
am Ölkühler ankommt
und gleichzeitig innerhalb des Ölkühlers ein
etwas besserer Wärmeübergangskoeffizient
vorliegt. Dies ist auch deshalb vorteilhaft, weil mit Annäherung an
kritische Bauteiltemperaturen bzw. an den kritischen Kühlsystemdruck
eine homogenere Temperaturverteilung innerhalb des Motors anzustreben
ist.Optionally, the el. Pump 2 be increased after reaching the desired interior temperature in the flow rate to increase the heat input into the engine oil thereby that the cooling water arrives warmer at the oil cooler and at the same time there is a slightly better heat transfer coefficient within the oil cooler. This is also advantageous because it is desirable to achieve a more homogeneous temperature distribution within the engine as it approaches critical component temperatures or the critical cooling system pressure.
Sobald
die Motorlast bzw. die Kühlmitteltemperatur
oder die Bauteiltemperatur oder der Kühlmitteldruck einen kritischen
Wert überschreitet, öffnet das
Zusatzventil 6bv.As soon as the engine load or the coolant temperature or the component temperature or the coolant pressure exceeds a critical value, the additional valve opens 6bv ,
Damit
strömt
unmittelbar ein sehr hoher Kühlmittelstrom
durch den Bypasszweig 6b und durch den Motor und sorgt
für einen
Temperaturausgleich. Gegebenfalls öffnet das nun von warmem Kühlmittel
umströmte
Dehnstoffelement des Thermostaten 6 den Kühlerkreislauf 6a und
regelt auf die Thermostat-Solltemperatur von z.B. 88°C. In vielen Fällen wird
es mit Blick auf einen optimalen Kraftstoffverbrauch vorteilhaft
sein, das Zusatzventil 6bv nach kurzer Zeit wieder zu schließen, da
die wärmeaktiven Massen
im Ausgleichsbehälter
und im Bypasszweig bereits reichen, um thermische Lastspitzen wegzudämpfen. Gegebenenfalls
kann eine Ein/Aus-Regelung noch etwas an Kraftstoffverbrauchsvorteil
nutzen, da die zeitlich mittlere Motorkühlmitteltemperatur dadurch
oberhalb der Thermostatöffnungstemperatur
liegt.This immediately flows a very high flow of coolant through the bypass branch 6b and through the engine and ensures a temperature compensation. If necessary, the expansion element of the thermostat, now flowed around by warm coolant, opens 6 the cooler circuit 6a and regulates to the thermostat target temperature of eg 88 ° C. In many cases, it will be advantageous in terms of optimum fuel economy, the additional valve 6bv to close again after a short time, since the heat-active masses in the expansion tank and in the bypass branch already enough to dampen thermal load peaks. Optionally, an on / off control may still use some fuel economy benefit because the time average engine coolant temperature is thereby above the thermostat opening temperature.
Bei
geöffnetem
Zusatzventil 6bv ist es bei der Anwendung gemäß 6 wichtig,
dass die el. Zusatzpumpe 2 in der Lage ist, auch gegen
die Druckdifferenz, den der bei geöffnetem Zusatzventil 6bv sehr
hohe Kühlmitteldurchsatz
durch den Motor dem Heizungswärmetauscherkreislauf 4a aufprägt, zu fördern. Das
ist aber mit relativ geringem Aufwand realisierbar, zumal die el.
Zusatzpumpe nur relativ wenig Kühlmittel
durch die Heizung fördern
muss.With additional valve open 6bv it is according to the application 6 important that the el. auxiliary pump 2 is able, even against the pressure difference, that of the auxiliary valve open 6bv very high coolant flow rate through the engine to the heating heat exchanger circuit 4a imprints to promote. But this can be achieved with relatively little effort, especially since the el. Auxiliary pump only relatively little has to promote coolant through the heater.
Die
bisherigen Ausführungen
zu 6 konzentrierten sich insbesondere auf die Aufgabenstellung „Beste
Heizwirkung". Gleichzeitig
kann aber die Ausgestaltung gemäß 6 durch
einfaches Umpolen der el. Zusatzpumpe zum Kreislauf gemäß 5 umgeschaltet
werden und dann als kraftstoffverbrauchsoptimiertes System arbeiten.
Dies ist immer dann von ganz besonderem Interesse, wenn die Erfordernisse
der Kabinenheizung relativ leicht zu erfüllen sind, d.h. bei geringem
Heizbedarf oder überschüssiger Motorabwärme. Auch
wenn in solchen Betriebssituationen bereits ohne Umpolung der el. Zusatzpumpe 2 Kraftstoffeinsparungen
realisierbar sind, so führt
die Umpolung doch zu einem zusätzlichen
Reibleistungsvorteil, da nun das kalte Kühlmittel zuerst durch den Zylinderkopf
strömt
und vorgewärmt
zum Wassermantel der Zylinderlaufbahn gelangt. Weitere Reibleistungsvorteile
ergeben sich durch das Absaugen kalter Kühlwasserzonen im unteren Bereich
der Zylinderlaufbahn und die Homogenisierung der Kühlmittel-
und Öltemperaturen
im Ölkühler 40.The previous versions too 6 In particular, they focused on the task "Best heating effect" 6 by simply reversing the el. auxiliary pump to the circuit according to 5 be switched and then work as a fuel consumption optimized system. This is always of particular interest when the requirements of cabin heating are relatively easy to meet, ie with low heating demand or excess engine heat. Even if in such operating situations already without reversal of the el. Auxiliary pump 2 Fuel savings can be realized, so the polarity reversal leads to an additional frictional advantage, since now the cold coolant first flows through the cylinder head and preheated reaches the water jacket of the cylinder bore. Further frictional benefits result from the extraction of cold cooling water zones in the lower region of the cylinder bore and the homogenization of the coolant and oil temperatures in the oil cooler 40 ,
Bei
erhöhtem
Kühlbedarf öffnet auch
bei dieser Anwendung gemäß 5 und 6 das
Zusatzventil 6bv und sorgt für eine sichere Wärmeabfuhr über den
Kühler 8.
In der besonders vorteilhaften Anwendung mit el. Impeller-Zusatzpumpe 2 kann
in dieser Betriebsart gegebenenfalls auf den el. Antrieb verzichtet
werden, da diese angesichts des anliegenden Druckgefälles und
der geringen Kühlmittelviskosität bei hohen
Kühlmitteltemperaturen
frei mitläuft bzw.
durchströmt
wird. Dies schont die el. Zusatzpumpe.With increased cooling demand also opens according to this application 5 and 6 the additional valve 6bv and ensures safe heat dissipation through the radiator 8th , In the particularly advantageous application with el. Impeller auxiliary pump 2 can be dispensed with in this mode, where appropriate, the el. Drive, as this runs freely in the presence of the applied pressure gradient and the low coolant viscosity at high coolant temperatures or flows through it. This protects the el. Auxiliary pump.
Die
Anordnung gemäß 5 und 6 bietet
hier den ganz besonderen Vorteil, dass selbst bei Ausfall der el.
Impeller-Zusatzpumpe 2 noch der heute übliche Heizkomfort realisiert
werden kann, indem einfach das Zusatzventil 6bv geöffnet wird.The arrangement according to 5 and 6 offers here the very special advantage that even in the event of failure of the el. impeller auxiliary pump 2 even the usual today heating comfort can be realized by simply the additional valve 6bv is opened.
Zusatzventile 6bv zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind bereits am Markt verfügbar.
Besonders zu bevorzugen sind hier einfache Auf/Zu-Ventile mit Vakuumdose
oder mit Magnet als Aktuator.additional valves 6bv for carrying out the method according to the invention are already available on the market. Particularly preferred here are simple on / off valves with vacuum can or magnet as an actuator.
Eine
zusätzliche
Absicherung bzw. Überwachung
der Ventilposition ist angesichts der ohnehin vorhandenen Überwachung
der Kühlwasser-
oder Bauteiltemperatur mittels der Motorsteuerung 20 eigentlich
nicht notwendig. Dies gilt insbesondere, wenn die Ventilstellung „Offen
bei Ausfall der Aktuatorenergie" als
Grundeinstellung gewählt
wird, was bei Magnet- bzw. Vakuumaktuatoren kostenneutral möglich ist.An additional safeguard or monitoring of the valve position is in view of the already existing monitoring of the cooling water or component temperature by means of the engine control 20 not really necessary. This applies in particular if the valve position "open in the event of failure of the actuator energy" is selected as the basic setting, which is possible with no costs for magnetic or vacuum actuators.
Dennoch
ist, insbesondere als redundante Absicherung bei den ersten Serienanwendungen,
ein Zusatzventil mit Sicherheits-Dehnstoffelement 6bs besonders
vorteilhaft, so wie in 7 exemplarisch gezeigt. Hier
steuert die Leitung 63 den Elektromagneten 6bf an
und öffnet
bei el. Bestromung den Teller 6bv gegen die Kraft der Feder 62.
Liegt bei hoher Motordrehzahl ein zu großer Unterdruck an, so wird der
Teller 6bv aufgesaugt. Ebenso öffnet der Teller 6bv,
wenn der Stempel 66 des Sicherheits-Dehnstoffelements 6bs seine
Grenztemperatur von beispielsweise 105°C überschreitet. Diese Sicherheitsfunktionalitäten sind
hier exemplarisch an einem Tellerventil gezeigt. In analoger Weise
können
diese aber auch an einem Drehschieber bzw. Walzen- oder Kugelventil
mit externer Hebelmechanik verwirklicht werden. Gegebenfalls muss
das Dehnstoffelement dann etwas in das Kühlwasser hineinragen oder eine durchströmte Kühlwasserverbindung
zum Dehnstoffelement hergestellt werden.Nevertheless, especially as redundant protection in the first series applications, an additional valve with safety expansion element 6BS particularly advantageous, as in 7 shown as an example. Here the line controls 63 the electromagnet 6BF on and opens at el. energizing the plate 6bv against the force of the spring 62 , If at high engine speed too much negative pressure, so the plate 6bv absorbed. Likewise, the plate opens 6bv if the stamp 66 of the security expansion element 6BS exceeds its limit temperature of for example 105 ° C. This security functionalities are shown here exemplarily on a poppet valve. In an analogous way, however, these can also be realized on a rotary valve or roller or ball valve with external lever mechanism. If necessary, the expansion element then has to protrude slightly into the cooling water or a throughflow of cooling water connection to the expansion element is to be produced.
Besonders
vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang die Ausführung gemäß 8, bei der
anstelle eines Dehnstoffelements ein von einem charakteristischen
Kühlwasserdruck
mit der Leitung 69 beaufschlagter Aktuator 6bx über einen
Hubkolben oder eine Membran mit Stößel 66 das Aufdrücken bei Erreichen
eines kritischen Zustands autark, d.h. unter Übersteuerung der Motorsteuerung übernimmt. Wesentlich
ist hierbei, dass die dem Kühlmitteldruck entgegenwirkende
Seite der Membran bzw. des Hubkolbens so mit einer Federkraft und/oder
einem Druck beaufschlagt wird, dass das System erst bei einem Steuerdruck 69 reagiert,
der hinreichend über dem
atmosphärischen
Druck liegt. Steuerdruckwerte zwischen 1,3 und 1,8 bar Absolutdruck
haben sich bei heutigen Kühlsystemen
mit Öffnungsdrücken des Überdruckdeckels
am Ausgleichsbehälter 9 von üblicherweise
2,4–2,6
bar Absolutdruck als gut geeignet gezeigt.Particularly advantageous in this context is the embodiment according to 8th in which instead of an expansion element one of a characteristic cooling water pressure with the line 69 acted upon actuator 6BX via a reciprocating piston or a membrane with plunger 66 the pressing on reaching a critical state autonomous, ie override the engine control takes over. It is essential here that the side of the membrane or the reciprocating piston which counteracts the coolant pressure is acted upon by a spring force and / or pressure such that the system does not act until it has a control pressure 69 reacts, which is sufficiently above the atmospheric pressure. Control pressure values between 1.3 and 1.8 bar absolute pressure have in today's cooling systems with opening pressures of the pressure lid on the expansion tank 9 of usually 2.4-2.6 bar absolute pressure shown to be well suited.
Beim
Ventil gemäß 8 ergibt
sich insbesondere der Vorteil, dass die Einbauposition relativ frei
wählbar
ist. Bevorzugte Position der Druckentnahme ist dabei der Nahbereich
nach dem Motorkühlmittelpumpenaustritt
oder der Motorblock, aber auch Positionen am Austritt aus dem Motorkopf
können
bei entsprechender Feinabstimmung verwendet werden. Als besonderes
Merkmal wird bei dieser Ausgestaltung nicht eine lokale Temperatur,
wie sie z.B. der Kühlmitteltemperatursensor
der Motorsteuerung bereits ohnehin erfasst, zur redundanten Absicherung
herangezogen, sondern ein integrierendes Signal. Sobald bei hinreichender
Befüllung
des Kühlsystems
mit Kühlwasser
an irgendeiner Stelle des Motors Dampfblasen entstehen, wird der
damit einhergehende Anstieg des Drucks der Druckentnahmestelle aufgeprägt und führt beim Überschreiten
eines kritischen Wertes zum Öffnen
des Zusatzventils 6bv. Diese Zweiteilung der Überwachungsprinzipien mit
dem Temperatursensor der Motorsteuerung und dem autarken Aktuator
mit Druckbeaufschlagung reduziert das Risiko bei einer Nachrüstung in
bereits weitgehend fertig entwickelte Kühlkreisläufe auf ein Minimum. Ganz besonders
bei den Varianten mit Durchströmung
des Motors vom Kopf zum Block bzw. bei Varianten mit Umschaltung
der Durchströmungsrichtung
wird hierdurch das Fehlerrisiko drastisch gesenkt.At the valve according to 8th In particular, there is the advantage that the installation position is relatively freely selectable. The preferred position of the pressure extraction is the vicinity of the engine coolant pump outlet or the engine block, but also positions at the exit from the engine head can be used with appropriate fine tuning. As a special feature, in this embodiment, not a local temperature, as already detected, for example, by the coolant temperature sensor of the engine control anyway, used for redundant protection, but an integrating signal. As soon as steam bubbles are produced at sufficient points of the cooling system with cooling water at any point of the engine, the associated increase in the pressure of the pressure tapping point is impressed and leads to the opening of the additional valve when a critical value is exceeded 6bv , This dichotomy of the monitoring principles with the temperature sensor of the engine control and the self-sufficient actuator with pressurization reduces the risk of retrofitting into already largely finished cooling circuits to a minimum. Especially in the variants with flow through the engine from head to block or in variants with switching the flow direction, the risk of error is drastically reduced.
In
einem weiterführenden
Schritt zeigt 9 ein Zusatzventil, das nicht
mehr über
die Motorsteuerung 20 angesteuert wird, sondern direkt
von einem Kolben, der mit einem charakteristischen Druck 69 des
Kühlwasserkreislaufs
beaufschlagt wird.In a further step shows 9 an auxiliary valve that is no longer on the engine control 20 is driven, but directly from a piston, with a characteristic pressure 69 the cooling water circuit is acted upon.
Bei Überschreiten
eines maximal zugelassenen Kühlmittelabsolutdrucks
wird hier der Strömungspfad 67, 68 für den Bypasszweig
geöffnet.
Damit wird zwar ein Teil des Kraftstoffverbrauchseinsparpotenzials
aufgegeben, da eine optimale Anpassung des Öffnungsdrucks nicht für den ganzen
Kennfeldbereich des Motors, der Motorkühlung und des Heizbedarfs möglich ist,
die Vorteile bezüglich
der Heizung bleiben aber weitestgehend erhalten.If a maximum permitted coolant absolute pressure is exceeded, the flow path is here 67 . 68 opened for the bypass branch. Although a part of the fuel economy savings potential is given up, since an optimal adjustment of the opening pressure is not possible for the entire map range of the engine, the engine cooling and the heating demand, but the benefits in terms of heating remain as far as possible.
Dem
steht durch den Entfall des Magnetventils beim Vakuumaktuator bzw.
durch den Entfall des Hubmagneten beim direkt angesteuerten Kühlwassermagnetventil
nahezu eine Halbierung der Kosten gegenüber. Das wird besonders an
der erfindungsgemäßen Ventilausgestaltung
gemäß 10 deutlich:
Das
autarke Zusatzventil arbeitet hier mit einem Drehschieber 106,
der über
den Hebel 105 und den Stößel 104 der externen Überdruckdose 100 angetrieben
wird. Der Kühlmitteldruck
gelangt über
den Anschluss 103 in die Druckdose und öffnet bei Überschreiten eines Sollwerts
das Ventil gegen den atmosphärischen
Gegendruck zuzüglich
einer Vorspannkraft. Ein erheblicher Vorteil ist hier dadurch gegeben,
dass es möglich
ist, den Drehschieber so zu gestalten, dass sich die Druckverluste
nahezu auf die Verluste der Rohrströmung der Zu- und Ableitung 67 und 68 reduzieren.
Dies macht insbesondere die nachträgliche Systemintegration des
Zusatzventils 6bv sehr einfach. Noch wichtiger ist aber
der Vorteil, dass sich bei diesem Aktuator bereits bewährte Fertigungseinrichtungen
und Werkzeuge heutiger Serienanwendungen nutzen lassen. Die Ventilkosten werden
damit extrem gering und bieten dennoch sowohl die Funktionalität des Schließens im
Warmlauf als auch der gleichzeitigen Sicherheitsüberwachung gegen Überhitzen
des Motors sowie der Kavitation der Motorkühlmittelpumpe. Noch geringer
werden die Kosten, wenn der Steuerdruck direkt am Ventil 6bv stromauf
des Ventilkörpers 106 entnommen
wird, so wie in 13 gezeigt. Dies ist insbesondere
dann oft ohne Probleme realisierbar, wenn nur ein moderater Druckabfall
innerhalb der Brennkraftmaschine und der Bypass- bzw- Kühlerverschlauchung
auftritt.This is offset by the elimination of the solenoid valve at Vakuumaktuator or by the elimination of the solenoid in directly controlled cooling water solenoid valve almost a halving the cost. This is especially true of the valve design according to the invention 10 clear:
The self-sufficient additional valve works here with a rotary valve 106 , over the lever 105 and the pestle 104 the external pressure box 100 is driven. The coolant pressure reaches via the connection 103 in the pressure box and opens when a setpoint is exceeded, the valve against the atmospheric back pressure plus a biasing force. A considerable advantage is given by the fact that it is possible to make the rotary valve so that the pressure losses almost to the losses of the pipe flow of the inlet and outlet 67 and 68 to reduce. This makes in particular the subsequent system integration of the additional valve 6bv very easy. But even more important is the advantage that can be used in this actuator already proven production equipment and tools of today's series applications. The valve costs are thus extremely low and yet provide both the functionality of closing in warm-up and the simultaneous safety monitoring against overheating of the engine and the cavitation of the engine coolant pump. Even lower are the costs if the control pressure is directly at the valve 6bv upstream of the valve body 106 is removed, as in 13 shown. This can often be achieved in particular without problems if only a moderate pressure drop occurs within the internal combustion engine and the bypass or radiator hose.
Die
Ansteuerung über
einen charakteristischen Kühlmitteldruck
wird insbesondere dadurch begünstigt,
dass die Einbindung des Rücklaufs
vom Ausgleichsbehälter 9 zum
Thermostaten 6 bzw. zur Motorkühlwasserpumpe 7 immer
offen ist, so wie in 1–6 gezeigt.
Eine Anbindung des Rücklaufs auf
der kalten Kühlerseite
wäre hier
problematischer, da sich die Systemdrücke dann bei geöffnetem
und geschlossenem Thermostaten stärker verschieben. Die erfindungsgemäße Einbindung
der Entlüftungsleitung 9a hinter
dem Zusatzventil 6bv sowie des Rücklaufs vom Ausgleichsbehälter 9 hilft
also nicht nur eine erhöhte
Kavitationsgefahr der Motorkühlmittelpumpe 7 und
die Wärmeverluste
des Entlüftungskreises
in der Warmlaufphase zu vermeiden, sondern er ist auch hilfreich
auf dem Weg zu einer extrem kostengünstigen Zusatzventil-Hardware
zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs und gegebenenfalls der
Heizleistung.The control via a characteristic coolant pressure is promoted in particular by the fact that the integration of the return from the expansion tank 9 to the thermostat 6 or to the engine cooling water pump 7 always open, as in 1 - 6 shown. A connection of the return on the cold side of the cooler would be more problematic here, since the system pressures then move more with open and closed thermostat. The integration of the vent line according to the invention 9a behind the additional valve 6bv as well as the Return from the expansion tank 9 So not only helps an increased risk of cavitation of the engine coolant pump 7 and to avoid the heat losses of the vent circuit in the warm-up phase, but it is also helpful on the way to an extremely inexpensive additional valve hardware to improve fuel consumption and, where appropriate, the heating power.
In
den allermeisten Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens genügt eine
einfache Auf/Zu-Ventilansteuerung des Zusatzventils 6bv. Dies
liegt zum einen daran, dass beim Warmlauf und in einem weiten Teillast-Arbeitsbereich
bereits die wärmeaktiven
Massen des inneren Kühlkreislaufs und
die Wärmeentnahme
am Heizungswärmetauscher
dafür sorgen,
dass der Motor nicht überhitzt. Zum
andern hilft aber auch das unmittelbare Ansprechen der Kühlwirkung
beim schlagartigen Öffnen
des Zusatzventils, bereits lange bevor der Kühlerkreislauf öffnet. Eine
sehr schnelle Erwärmung
des Dehnstoffelements führt
bei voller Anströmung
des mit deutlich über
der Thermostatöffnungstemperatur
liegendem Kühlwasser
im plötzlich
geöffneten
Bypasszweig aber gegebenfalls auch schnell auf die bei längerer Volllast
erwünschte
Absenkung der Kühlmitteltemperatur.In the vast majority of applications of the method according to the invention a simple open / close valve control of the additional valve is sufficient 6bv , This is partly due to the fact that during warm-up and in a wide part-load working range already the heat-active masses of the internal cooling circuit and the heat removal at the heat exchanger ensure that the engine does not overheat. On the other hand, however, the immediate response of the cooling effect in the sudden opening of the additional valve, long before the radiator circuit opens. A very rapid heating of the expansion element leads at full flow of lying at well above the thermostat opening temperature cooling water in the suddenly opened bypass branch but possibly also quickly to the desired at longer full load lowering the coolant temperature.
Wird
anstelle der Ansteuerung des Zusatzventils 6bv über die
Motorsteuerung 20 die erfindungsgemäße Variante mit autarkem Zusatzventil 6bv eingesetzt,
insbesondere mit direkter Druckbeaufschlagung des Aktuators, z.B.
mit einem Zusatzventil gemäß 10,
so geht ein Teil des Spielraums bezüglich des Kraftstoffeinsparpotentials
dadurch verloren, dass für
den Umschaltvorgang speziell bei langsamer Erwärmung etwas mehr Zeit benötigt wird bzw.
dass etwas mehr Sicherheitsabstand zum kritischen Systemdruck gehalten
werden muss. Im Gegenzug fallen nicht nur die Kosten dramatisch,
ein Teil der Nachteile wird insbesondere dadurch kompensiert, dass
die druckbasierte Führung
des Bypassventils Einstellungen mit teilgeöffnetem Kühler und insbesondere Betriebssituationen
mit angehobener Motorteillast sehr gut regelt und in diesen Betriebssituationen
immer noch für
ein erhöhtes
Bauteiltemperaturniveau der reibleistungsrelevanten Stellen im Motor
sorgt. Dies ist zwar prinzipiell auch mit der Auf/Zu-Ansteuerung
eines Vakuumventils oder Magnetventils durch die Motorsteuerung
möglich,
doch ergibt sich daraus ein etwas erhöhter fahrzeugspezifischer Applikationsaufwand
des Motors.Will replace the activation of the additional valve 6bv via the engine control 20 the variant of the invention with self-sufficient additional valve 6bv used, in particular with direct pressurization of the actuator, eg with an additional valve according to 10 , Part of the margin is lost in terms of fuel economy by the fact that a little more time is required for the switching especially at slow heating or that something more safety distance to the critical system pressure must be maintained. In return, not only the costs fall dramatically, a part of the disadvantages is compensated in particular by the fact that the pressure-based management of the bypass valve settings with partially opened radiator and especially operating situations with increased engine part load controls very well and in these operating situations still for an elevated component temperature level of the friction-related jobs in the engine. Although this is in principle possible with the on / off control of a vacuum valve or solenoid valve by the engine control, but this results in a somewhat increased vehicle-specific application effort of the engine.
Vor
diesem Hintergrund und den weiter oben detailliert beschriebenen
Wechselwirkungen der direkten Kühlmitteldruckbetätigung des
Aktuators, ist das autarke Ventil gemäß 10 durchaus
eine attraktive Alternative zum System mit Ansteuerung des Zusatzventils 6bv über die
Motorsteuerung 20.Against this background and the interactions of the direct coolant pressure actuation of the actuator described in detail above, the self-sufficient valve is in accordance with 10 quite an attractive alternative to the system with activation of the additional valve 6bv via the engine control 20 ,
Neben
der spezifischen Anwendung der Ventile gemäß 9 und 10 im
Bypasszweig 6b bei einem der erfindungsgemäßen Verfahren,
können
diese auch – ganz
separat vom erfindungsgemäßen Verfahren – in vielen
anderen Anwendungen besonders sicher und kosteneffizient zur Abschaltung oder
Zuschaltung einzelner Zweige im Kühlsystem beliebiger Brennkraftmaschinen
mit flüssigem
Kühlmittel
verwendet werden. Das ist insbesondere immer dann der Fall, wenn
die bei lokalem Überschreiten
einer Solltemperatur entstehenden Dampfblasen einen hinreichend
hohen Kühlmitteldruck
oberhalb des atmosphärischen
Drucks erzeugen, so dass der Aktuator den Ventilkörper 106 verschiebt
oder wenn bereits eine Schaltung mit erhöhter Motordrehzahl und damit
mit erhöhtem
Motorkühlmittelpumpendruck
ausreicht bzw. angestrebt ist.In addition to the specific application of the valves according to 9 and 10 in the bypass branch 6b in one of the methods according to the invention, these can also be used very safely and cost-effectively for switching off or switching on individual branches in the cooling system of any internal combustion engine with liquid coolant-quite separately from the method according to the invention. This is always the case, in particular, when the vapor bubbles produced when a setpoint temperature is locally exceeded produce a sufficiently high coolant pressure above the atmospheric pressure, so that the actuator engages the valve body 106 shifts or if already a circuit with increased engine speed and thus with increased engine coolant pump pressure is sufficient or desired.
Potenzielle
Anwendungen sind z.B. die Abschaltung des Ausgleichsbehälters für sich alleine, d.h.
ohne gleichzeitige Einbindung des Bypasszweigs 6b, wobei
das Ventil direkt in den Entlüftungszweig 9a eingebaut
wird und wobei der Kühlmitteldruck
zur Ansteuerung des Aktuators am Motoraustritt entnommen wird. So
ist es angesichts der geringen Kosten für ein derartiges autark arbeitendes
Ventil bereits vorteilhaft, wenn das Ventil lediglich den Rücklauf des
Ausgleichbehälters 9 verschließt und so
für ein
schnelleres Warmlaufen unter anfänglicher Unterbindung
des Durchflusses durch den Ausgleichsbehälter 9 sorgt. Ausgehend
von 1 würde das
z.B. bedeuten, dass das Zusatzventil 6bv entfällt und
dass ein direkt vom Druck gesteuertes Ventil im Rücklauf vom
Ausgleichbehälter 9 zum
Thermostaten 6 angeordnet ist. Durch die extrem geringen
Kosten ist diese Maßnahme
immer noch vorteilhaft, ein Magnetventil oder ein Ventil mit Vakuumaktuator wäre hier
zu teuer im Vergleich zum erzielbaren Nutzen bezüglich des Warmlaufs. Ein als
Kostenalternative zunächst
denkbares Ventil mit Dehnstoffaktuator hätte in dieser Anwendung den
i.a. nicht akzeptablen Nachteil, dass es beim Befüllen des
Kühlsystems
im Service lange Zeit oder gar permanent geschlossen bliebe und
im Gegensatz zum Ventil gemäß 10 nicht
durch ein Erhöhen
der Motordrehzahl geöffnet werden
könnte.Potential applications are, for example, the shutdown of the expansion tank on its own, ie without simultaneous involvement of the bypass branch 6b , with the valve directly into the venting branch 9a is installed and wherein the coolant pressure for driving the actuator is removed at the engine outlet. So it is already advantageous in view of the low cost of such a self-sufficient working valve when the valve only the return of the expansion tank 9 closes and so for a faster warm-up with initial inhibition of the flow through the expansion tank 9 provides. Starting from 1 would that mean, for example, that the additional valve 6bv eliminates and that a directly controlled by the pressure valve in the return from the expansion tank 9 to the thermostat 6 is arranged. Due to the extremely low cost, this measure is still advantageous, a solenoid valve or a valve with vacuum actuator would be too expensive here compared to the recoverable benefits in terms of warm-up. An initially conceivable as a cost alternative valve with Dehnstoffaktuator would have in this application the generally unacceptable disadvantage that it would remain closed for a long time or even permanently when filling the cooling system in the service and in contrast to the valve according to 10 could not be opened by increasing the engine speed.
Die
geringen Kosten lassen es hierbei durchaus zu, mehrere druckgesteuerte
Ventile einzusetzen, gegebenenfalls mit gestaffelten Öffnungsdruckniveaus,
wobei speziell der geringe Druckverlust der Variante gemäß 10 sicherstellt,
dass keine Nachteile im geöffneten
Zustand zu erwarten sind.The low costs allow this quite to use several pressure-controlled valves, optionally with staggered opening pressure levels, in particular, the low pressure loss of the variant according to 10 ensures that no disadvantages in the open state are to be expected.
Eine
solche Anwendung wäre
so z.B. die Einbindung des Ölkühlers 40 parallel
zum Heizungswärmetauscher 4,
wobei der Ölkühler im
Warmlauf angesichts des fehlenden Drucks geschlossen ist und bei
erhöhter
Motordrehzahl und/oder lokaler Dampfblasenbildung bei hoher Systemtemperatur bzw.
hohem Systemdruck öffnet.
Diese Konfiguration wäre
sowohl bei Kühlsystemen
mit Bypassthermostat 6 als auch mit Einfachthermostat 6 vorteilhaft,
da damit anfangs der Motor und das Kühlwasser schneller aufgeheizt
werden und dennoch später
der Ölkühler mit
eingebunden wird. Daneben ermöglicht
ein derartiges Ventil es, speziell die besonders interessanten Anwendungen
mit reduziertem Kühlmitteldurchsatz
durch den Heizungswärmetauscher 4, ohne
Risiko für
die Motorlebensdauer auch bei Kühlmittelsystemen
ohne Bypasszweig 6b anzuwenden, wie sie bei Motoren relativ
kleiner spezifischer Leistung teilweise noch verwendet werden.Such an application would be, for example, the integration of the oil cooler 40 parallel to the heating heat exchanger 4 wherein the oil cooler is closed in warm-up in view of the lack of pressure and at increased engine speed and / or local vapor bubble formation at high system temperature or high system pressure opens. This configuration would be in both cooling systems with bypass thermostat 6 as well as with single thermostat 6 advantageous because initially the engine and the cooling water are heated faster and yet later the oil cooler is involved. In addition, such a valve allows it, especially the most interesting applications with reduced coolant flow through the heater core 4 , without risk to engine life even with coolant systems without bypass branch 6b to be used, as they are still partially used in engines of relatively low specific power.
Auch
bei diesen Anwendungen ist es aus Kosten- und Funktionsgründen vorteilhaft,
wenn der mit dem Kühlmitteldruck 69 beaufschlagte
Aktuator bei Überschreiten
eines maximal zugelassenen Kühlmittelrelativdrucks
relativ zum atmosphärischen Druck
den Strömungspfad 67, 68 durch
das Ventil öffnet.Also in these applications, it is advantageous for cost and functional reasons, if the with the coolant pressure 69 acted actuator when a maximum permitted coolant relative pressure relative to the atmospheric pressure exceeds the flow path 67 . 68 opens through the valve.
Aber
auch ein Arbeiten auf Absolutdruckbasis, d.h. mit verschlossener
zweiter Kammer der Druckdose unter definiertem Gas- und Federdruck
ist analog zu den bereits weiter oben gemachten Ausführungen
mit wenig Mehraufwand möglich.But
also working on absolute pressure basis, i. with locked
second chamber of the pressure box under defined gas and spring pressure
is analogous to the statements already made above
possible with little extra effort.
Auch
wenn der eigentliche Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Verfahren
und Vorrichtungen primär
ein Schalten bei Kühlmitteldrücken oberhalb
des atmosphärischen
Drucks vorsieht und bevorzugt mit der zweckentfremdeten konventionellen
Vakuummembrandose relativ zum Atmosphärendruck zuzüglich einer
Vorspannkraft arbeitet, lässt sich
mit Hilfe der beschriebenen Absolutdruckdose bei Bedarf auch ein Öffnungs-
bzw. Schließdruck
des Kühlmittels
unterhalb des atmosphärischen
Drucks realisieren. Damit lassen sich gegebenenfalls auch frühere Schaltpunkte
bei geringerer Kühlmitteltemperatur
bzw. bei geringerer Motorlast bzw. geringerer Motordrehzahl realisieren.Also
if the actual scope of the inventive method
and devices primarily
switching at coolant pressures above
of the atmospheric
Pressure and prefers with the misused conventional
Vacuum canister relative to atmospheric pressure plus one
Preload works, can be
if necessary also an opening with the help of the described absolute pressure box.
or closing pressure
of the coolant
below the atmospheric
Realize pressure. If necessary, this also allows earlier switching points
at lower coolant temperature
or realize at lower engine load or lower engine speed.
Die
besonders bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen Gedankengutes
in Verbindung mit Gegenstromwärmetauschern
mit geringen Durchflüssen
bietet bei Wärmeentnahme
zur Kabinenbeheizung insbesondere auch Vorteile bezüglich der
thermischen Schichtung der Luft am Wärmetauscheraustritt. Selbst
wenn im Heizbetrieb bei konventionellen Kreuzstrom-Heizungswärmetauschern
angesichts einer ausreichenden Kabinentemperatur eine Drosselung
des Kühlmitteldurchsatzes
durch Motor und Heizungswärmetauscher
zur Kraftstoffeinsparung erstrebenswert wäre, so würde dies vielfach eine sehr
ungleichmäßige Lufttemperatur
hinter dem Heizungswärmetauscher
ergeben, gekoppelt mit entsprechenden Problemen, speziell bei Mehrzonenklimaanlagen
mit luftseitiger Kabinentemperaturregelung.The
particularly preferred use of the inventive concept
in conjunction with countercurrent heat exchangers
with low flow rates
provides for heat extraction
for cabin heating in particular also benefits in terms of
thermal stratification of the air at the heat exchanger outlet. Even
when in heating mode with conventional cross-flow heating heat exchangers
in view of a sufficient cabin temperature throttling
the coolant flow rate
through engine and heater core
would be desirable to save fuel, this would often be a very
uneven air temperature
behind the heating heat exchanger
result, coupled with corresponding problems, especially in multi-zone air conditioners
with air-side cabin temperature control.
Bei
hoher Wärmeentnahme
verstärkt
sich dieser Effekt noch, wobei zusätzlich auch der Wirkungsgrad
des Heizungswärmetauschers
bei Drosselung des Kühlmitteldurchsatzes
stark einbricht und somit ein hoher Kühlmitteldurchsatz durch den
Heizungswärmetauscher
unerlässlich
ist. Dies bedeutet bei konventionellen Kreuzstromheizungswärmetauschern,
dass ein kraftstoffverbrauchsoptimaler Betrieb mit reduziertem Kühlmitteldurchsatz
sowohl im Warmlauf als auch bei weitgehend betriebswarmem Motor
zumindest bei eingeschalteter Kabinenheizung nur sehr eingeschränkt möglich ist.
Dieser Nachteil tritt somit bereits bei Fahrsituationen auf, bei
denen eigentlich durchaus genügend
Abwärme
für die
Heizung verfügbar
ist, verschlimmert sich aber noch, sobald eine sehr große Heizleistung
bei geringer Motorlast entnommen wird.at
high heat extraction
reinforced
This effect is still, and in addition, the efficiency
of the heating heat exchanger
at throttling the coolant flow rate
strongly breaks down and thus a high coolant flow through the
Heater core
imperative
is. This means in conventional cross-flow heating heat exchangers,
that a fuel consumption optimal operation with reduced coolant flow rate
both during warm-up and when the engine is largely warm
At least when switched on cabin heating is only very limited.
This disadvantage thus already occurs in driving situations at
which actually quite enough
waste heat
for the
Heating available
is worse, but still, as soon as a very large heating power
is removed at low engine load.
Speziell
die Ausgestaltungen mit el. Zusatzpumpe 2 eröffnen hier
die Möglichkeit,
den Kühlmitteldurchsatz
durch den Heizungswärmetauscher
mittels variabler el. Antriebsleistung so anzupassen, dass je nach
entnommener Heizleistung auch bei Kreuzstromheizungswärmetauschern
einerseits keine Probleme mit der thermischen Schichtung entstehen,
andererseits aber ein annähernd
kraftstoffverbrauchsoptimaler Betrieb mit möglichst kleinem Kühlmitteldurchsatz
durch den Motor realisierbar wird. Speziell bei geschlossenem Zusatzventil 6bv ist
das besonders einfach umsetzbar, da die el. Kühlmittelpumpe 2 weitgehend
unabhängig
von der Motorkühlmittelpumpe 7 den
Durchsatz bestimmt.Especially the designs with el. Additional pump 2 open here the ability to adjust the coolant flow through the heater core by means of variable el. drive power so that depending on the heat output even with cross-flow heat exchangers on the one hand no problems with the thermal stratification, but on the other hand, an approximately fuel consumption optimal operation with the smallest possible coolant throughput through the engine is feasible , Especially with closed additional valve 6bv this is particularly easy to implement because the el. coolant pump 2 largely independent of the engine coolant pump 7 determines the throughput.
Speziell
in Verbindung mit der Anwendung von Gegenstromwärmetauschern 4 und/oder
Mitteln zur Begrenzung des Durchflusses durch den Heizungswärmetauscher 4 besteht
beim erfindungsgemäßen Verfahren
mit Zusatzventil 6bv im Bypasszweig 6b insbesondere
die Möglichkeit,
auch bei bereits in der Serie befindlichen Dehnstoffthermostaten 6 den
Heizungsrücklauf
an der gewohnten Stelle zu belassen, wenn die Durchflussbegrenzung
im Heizungszweig sicherstellt, dass der Durchfluss so gering ist,
dass die dem Entlüftungszweig 9a bei
geschlossenem Zusatzventil 6bv keine ausreichende Druckdifferenz
aufgeprägt
wird um dessen Durchströmung
zu bewirken. In 11 wird dies exemplarisch dadurch
gelöst,
dass als el. Zusatzpumpe 2 eine Zahnradpumpe mit weitgehend
konstanter Drehzahl eingesetzt wird, die den Kühlmitteldurchsatz auch bei
erhöhter
Motorpumpendrehzahl auf Werte um die 2 l/min begrenzt. Dadurch wird
bis auf leichte Thermosyphoneffekte sichergestellt, dass trotz der
kavitationsunempfindlichen Einbindung des Ausgleichsbehälters 9 im
Warmlauf nur dann eine Zumischung von Kühlmittel aus dem Ausgleichbehälter erfolgt,
wenn das Zusatzventil 6bv geöffnet wird. Im Vergleich zur
Einspeisung des Heizungsrücklaufs stromab
des Thermostaten 6 sind mit dieser Einbindung das Kraftstoffeinsparpotential
und auch die Heizleistung i.a. etwas geringer, da eine größere wärmeaktive
Masse aufgeheizt werden muss und da bei geringer oder gar keiner
Heizleistungsentnahme der Thermostat 6 früher öffnet. Dennoch
ist diese Anwendung dann von besonderem Interesse, wenn bereits verfügbare Serienbauteile
verwendet werden sollen. Darüber
hinaus bietet diese Ausgestaltung den Vorteil, dass gegebenenfalls über eine
Erhöhung
des Kühlmitteldurchsatzes
im Heizungszweig oder geringere Wärmeentnahme am Heizungswärmetauscher auch
ganz gezielt ein Teilöffnen
des Thermostaten eingestellt werden kann. Dabei hängt es vom
jeweiligen Motorkühlsystem
ab, ob es günstiger
ist, den Betriebszustand mit teilweiser Wärmeabfuhr am Kühler 8 über ein
Takten des Zusatzventils 6bv anzufahren oder über eine
Variation am Heizungswärmetauscherdurchfluss.
Als zusätzlicher
Vorteil dieser Ausgestaltung ist der Sachverhalt zu erwähnen, dass
es auch bei einem Ausfall des Zusatzventils 6bv in geschlossener
Stellung selbst noch bei luftseitiger Abschalten der Heizung die
Möglichkeit
gibt, mit reduzierter Kühlleistung
weiterzufahren. Dabei bleibt es dem Anwender überlassen, inwieweit er konventionelle
Magnetventile oder Vakuumventile aus laufender Serienfertigung verwendet
und gegebenenfalls eine derartige Fail-Safe-Strategie implementiert
oder ob er gleich auf die erfindungsgemäßen Zusatzventile 6bv mit
den ausführlich
beschriebenen Sicherheitsmerkmalen gegen potenzielles Überhitzen
zurückgreift,
bei denen ein Stehenbleiben in offener Stellung eigentlich nicht
möglich
ist, solange sich Kühlwasser
im System befindet.Especially in connection with the use of countercurrent heat exchangers 4 and / or means for limiting the flow through the heating heat exchanger 4 exists in the inventive method with additional valve 6bv in the bypass branch 6b in particular, the possibility of even with already in the series expansion thermostats 6 to leave the heating return in the usual place, if the flow limitation in the heating branch ensures that the flow is so low that the vent branch 9a with additional valve closed 6bv no sufficient pressure difference is impressed to effect its flow. In 11 this is exemplified by the fact that as el. auxiliary pump 2 a gear pump is used with a largely constant speed, which limits the coolant throughput even at high engine pump speed to values around 2 l / min. This ensures, except for slight thermosiphon effects, that despite the cavitation insensitive integration of the expansion tank 9 during warm-up, only an admixture of coolant from the expansion tank takes place when the additional valve 6bv is opened. Compared to the supply of the heating return downstream of the thermostat 6 are with this involvement the fuel saving potential and also the Heat output is generally slightly lower, as a larger heat-active mass must be heated and there with little or no heat removal from the thermostat 6 opens earlier. Nevertheless, this application is of particular interest when already available serial components are to be used. In addition, this embodiment has the advantage that, if appropriate, an increase in the coolant throughput in the heating branch or lower heat removal at the heating heat exchanger can also be used to set a partial opening of the thermostat. It depends on the particular engine cooling system, whether it is cheaper, the operating state with partial heat dissipation on the radiator 8th via a cycle of the additional valve 6bv to approach or via a variation in the Heizungswärmetauscherdurchfluss. As an additional advantage of this embodiment, the fact is to mention that it is also in case of failure of the additional valve 6bv in the closed position even when the air side shutdown of the heater gives the opportunity to continue with reduced cooling capacity. It is up to the user to what extent he uses conventional solenoid valves or vacuum valves from ongoing mass production and, where appropriate, implemented such a fail-safe strategy or whether he equal to the additional valves according to the invention 6bv resorting to the detailed safety features against potential overheating, in which a standing position in the open position is actually not possible, as long as there is cooling water in the system.
Die
bisherige Beschreibung der erfindungsgemäßen Verfahrensvarianten und
Vorrichtungen, unter Berücksichtigung
der Vorteile der Heißkühlung in
der Teillast und der Aufgabenteilung bezüglich sicherem Umschalten von
Heißkühlung auf
Normal- bzw. Vollastkühlung
mit einem druckbetätigten
Ventil 6bv einerseits und der Regelung der Kühlerleistung mit
einem autarken Dehnstoffthermostaten 6 andererseits, erfolgte
anhand exemplarischer Anwendungen, insbesondere in Verbindung mit
einer besonders vorteilhaften Einbindung des Entlüftungszweigs 9a.
Das erfindungsgemäße Gedankengut
ist aber auch ganz allgemein vorteilhaft anwendbar für Verfahren
und Vorrichtungen zum Betrieb von Kühl- und Heizkreisläufen für Kraftfahrzeuge
mit Brennkraftmaschinen mit kühlmittelbeaufschlagten
Thermostatventilen zur Regelung der Kühlerleistung. Eine ebenso kostengünstige wie
sichere Überwachung
der Heißkühlung mit
sehr hoher Regelgüte
bei erhöhtem Kühlbedarf
ergibt sich dabei ganz grundsätzlich
dadurch, dass ein kühlmitteldruckbetätigtes erstes
Ventil 6bv bei Überschreiten
eines oberen Grenzwerts für den
Kühlmittelabsolutdruck
oder den Kühlmittelrelativdruck
relativ zu einem Druck außerhalb
des Kühlsystems
einen Steuerkühlmittelstrom
durch das kühlmitteltemperaturbetätigte Thermostatventil 6 freigibt, so
dass dieses die Wärmeabfuhr über den
Fahrzeugkühler 8 auf
Temperaturwerte nahe der Thermostatnenntemperatur regelt. Dabei
erfolgt insbesondere eine Mischung des Steuerkühlmittelstroms mit dem Kühlervolumenstrom
vor oder am Dehnstoffelement des Thermostaten 6, so dass
sich zumindest bei entsprechend hohem Steuerkühlmittelstrom für beide Zumischpositionen
eine Mischtemperatur nahe der Thermostatnenntemperatur einstellt,
d.h. der autarke Thermostat entnimmt aus dem Kühlerzweig nur soviel abgekühltes Kühlmittel,
wie gerade benötigt
wird, um die Brennkraftmaschine nahe der Thermostatnenntemperatur
von beispielsweise 88°C
zu kühlen. Damit
wird insbesondere sichergestellt, dass eine Unterkühlung oder
gar ein Thermoschockrisiko für den
Motor nicht entsteht. Eine direkte Betätigung eines Kühlerventils
mittels des Kühlmitteldrucks
würde im
Vergleich zu diesem Umweg über
den Thermostaten 6 nicht zu einer akzeptablen Kühlmitteltemperaturregelung
führen,
da der Regelung zwangsläufig die
Information über
die Kühlertemperatur
bzw. das Kühlpotential
des Kühlers
fehlen würde.
Umgekehrt fehlt den heute üblichen
Kühlsystemen
mit konventionellen Dehnstoffthermostaten aber auch Wärmemanagementsystemen
mit Dreitellerthermostat nicht nur die integrale Druckinformation
bezüglich
lokaler Bauteilüberhitzung
und gegebenenfalls Kavitationsgefahr wegen zu hoher Pumpendrehzahl,
sondern i.a. auch ein hinreichend schnelles Ansprechen des Aktuators.The previous description of the process variants and devices according to the invention, taking into account the benefits of hot cooling in the partial load and the division of tasks with respect to safe switching from hot cooling to normal or full load cooling with a pressure-operated valve 6bv on the one hand and the regulation of the cooler performance with a self-sufficient expansion thermostat 6 on the other hand, based on exemplary applications, in particular in conjunction with a particularly advantageous integration of the venting branch 9a , However, the inventive concept is also quite generally applicable advantageously for methods and apparatus for operating cooling and heating circuits for motor vehicles with internal combustion engines with coolant-loaded thermostatic valves for controlling the radiator performance. An inexpensive as well as safe monitoring of the hot cooling with very high control quality with increased cooling requirements results in principle by the fact that a coolant pressure-actuated first valve 6bv upon exceeding an upper limit value for the coolant absolute pressure or the coolant relative pressure relative to a pressure outside the cooling system, a control coolant flow through the coolant-temperature-actuated thermostatic valve 6 releases, so that this heat dissipation through the vehicle radiator 8th to temperature values close to the thermostatic temperature. In particular, a mixture of the control coolant flow with the radiator flow before or on the expansion element of the thermostat 6 , so that sets a mixing temperature near the Thermostatnenntemperatur at least for correspondingly high control coolant flow for both Zumischpositionen, ie the autarkic thermostat removes from the Kühlerzweig only as much cooled coolant, as is currently required to cool the engine near the Thermostatnenntemperatur of, for example, 88 ° C. , This ensures in particular that a hypothermia or even a thermal shock risk for the engine does not arise. A direct operation of a radiator valve by means of the coolant pressure would compared to this detour via the thermostat 6 do not lead to an acceptable coolant temperature control, since the control would inevitably lack the information about the radiator temperature or the cooling potential of the radiator. Conversely, today's conventional cooling systems with conventional Dehnstoffthermostaten but also thermal management systems with three-liter thermostat not only lack the integral pressure information regarding local component overheating and possibly cavitation due to high pump speed, but generally also a sufficiently fast response of the actuator.
Dabei
sind bei der Einbindung des Steuerstroms bestimmte Konstruktionsrichtlinien
zu berücksichtigen,
wie sie oben bereits teilweise beschrieben sind. Besonders einfach
und sicher ist es, wenn der Steuerstrom zumindest in Phasen mit
sehr hohem Kühlpotential
des Fahrzeugkühlers 8 und
hohem Kühlbedarf
der Brennkraftmaschine 1 mindestens so groß ist, dass
sich innerhalb der Brennkraftmaschine in Verbindung mit nicht durch
den Thermostaten 6 geführten
Kühlmittelzweigen
eine annähernd
homogene Kühlmittelsolltemperatur
einstellt, so dass insbesondere bei geöffnetem Steuerstrom weniger
als 10 K Kühlmitteltemperaturdifferenz
zwischen Ein- und Austritt in die Brennkraftmaschine resultieren. Damit
wird insbesondere für
Teillast wie für
Volllast sichergestellt, dass die thermischen Spannungen im Motor
gering bleiben.In the integration of the control current certain design guidelines are to be considered, as they are already partially described above. It is particularly simple and safe when the control current at least in phases with very high cooling potential of the vehicle radiator 8th and high cooling requirement of the internal combustion engine 1 at least that is great, that in the internal combustion engine in conjunction with not by the thermostat 6 Guided coolant branches sets an approximately homogeneous coolant temperature, so that in particular when the control current is open, less than 10 K coolant temperature difference between inlet and outlet result in the internal combustion engine. This ensures, in particular for partial load and full load, that the thermal stresses in the engine remain low.
Speziell
wenn eine möglichst
niedrige Kühlmitteltemperatur
für die
Brennkraftmaschine erforderlich ist, ist es vorteilhaft, den Steuerstrom
so entlang des temperatursensitiven Bereichs des Thermostatventils 6 zu
führen,
dass dieser direkt auf das Dehnstoffelement trifft. Damit wird etwas
mehr kaltes Kühlmittel
aus dem Kühler
entnommen als bei homogener Durchmischung. Umgekehrt lässt sich
bei guter Durchmischung, speziell wenn die Mischung bereits stromauf
des Dehnstoffelementes erfolgt, ein etwas geringerer Gesamtvolumenstrom
durch die Brennkraftmaschine realisieren und es ergibt sich eine
etwas bessere Regelgüte
mit etwas verbessertem Kraftstoffverbrauch. Insbesondere bei guter
Mischung stromauf des Dehnstoffelementes stellen sich speziell bei
langsamem wie bei schnellem Öffnen
des Steuerstroms relativ sanfte Übergänge ein.Especially when the lowest possible coolant temperature for the internal combustion engine is required, it is advantageous, the control current so along the temperature-sensitive region of the thermostatic valve 6 to cause it to hit directly on the expansion element. This removes a little more cold coolant from the cooler than with homogeneous mixing. Conversely, with good mixing, especially when the mixture is already upstream of the expansion element, a slightly lower total volume flow can be realized by the internal combustion engine and it results a slightly better control quality with slightly improved fuel consumption. In particular, with good mixing upstream of the expansion element to set up relatively gentle transitions especially at slow as well as rapid opening of the control current.
Aus
Kostengründen,
aber auch für
eine besonders einfache und sichere Applikation, ist es besonders
vorteilhaft, wenn das kühlmitteldruckbetätigte erste
Ventil 6bv durch einen direkt vom Kühlmitteldruck beaufschlagten
Aktuator betätigt
wird und dabei den Steuerstrom durch das Thermostatventil herbeiführt. Wird
der Öffnungsdruck
für das
Zusatzventil z.B. auf relativ konservative 1,5 bar Absolutdruck festgelegt
und liegt der Öffnungsdruck
des Überdruckdeckels
im Ausgleichsbehälter
bei den heute in vielen Anwendungen zu findenden 2,4 bar Absolutdruck,
so ist bereits eine durchaus kraftstoffverbrauchsrelevante Bandbreite
sichergestellt, in der man auch bei schwankender Motordrehzahl im
Bereich der Heißkühlung fährt. Ein
Risiko bezüglich Überhitzen
besteht angesichts des relativ niedrigen Ventilöffnungsdrucks von 1,5 bar nicht.
Selbst bei einem gewissen Verlust von Kühlwasser, d.h. wenn das Luft/Dampf-Volumen
des Ausgleichsbehälters zunimmt
und damit insbesondere eine etwas verzögerte Regelcharakteristik bewirkt,
ist ein derartiges System noch betriebssicher. Gegebenfalls kann
zur Absicherung aber auch die Information des Kühlmittelstandssensors von der
Motorsteuerung verarbeitet werden.For cost reasons, but also for a particularly simple and safe application, it is particularly advantageous if the coolant pressure-actuated first valve 6bv is actuated by an acted upon directly by the coolant pressure actuator and thereby causes the control current through the thermostatic valve. If the opening pressure for the additional valve, for example, set to relatively conservative 1.5 bar absolute pressure and the opening pressure of the pressure lid in the expansion tank at the today in many applications to find 2.4 bar absolute pressure, so is quite a fuel consumption relevant bandwidth ensured in the one also drives at fluctuating engine speed in the field of hot cooling. There is no risk of overheating given the relatively low valve opening pressure of 1.5 bar. Even with a certain loss of cooling water, ie when the air / vapor volume of the expansion tank increases and thus in particular causes a somewhat delayed control characteristic, such a system is still reliable. Optionally, however, the information of the coolant level sensor can be processed by the engine control to hedge.
Auch
wenn bei hoher Heizleistungsentnahme die Temperatur am Heizungsrücklauf in
der unteren Teillast stark absinkt und gegebenenfalls bei Stationärfahrt speziell
bei sehr kleinem Heizungswärmetauschervolumenstrom
unter der Thermostatöffnungstemperatur
liegt und sich eine relative hohe Kühlmitteltemperaturzunahme zum
Motoraustritt hin einstellt, öffnet
das System sicher, sobald sich lokal Dampfblasen innerhalb des Motors
bilden. Ein plötzlicher Übergang
zu hoher Motorleistung stellt ausgehend von diesem Betriebszustand
kein Problem dar, da das Zusatzventil hier ebenfalls angesichts
der Dampfblasenbildung bzw. des erhöhten Motorkühlmittelpumpendrucks bei erhöhter Drehzahl öffnet.Also
if at high heat extraction the temperature at the heating return in
the lower part load drops sharply and, where appropriate, during stationary driving
at a very small heat exchanger volume flow
below the thermostat opening temperature
lies and a relatively high coolant temperature increase to
Engine exit sets, opens
The system sure once local steam bubbles inside the engine
form. A sudden transition
too high engine power arises from this operating condition
No problem, since the additional valve is also here
the vapor bubble formation or the increased engine coolant pump pressure opens at elevated speed.
Selbst
wenn bei heutigen Brennkraftmaschinen anstelle des üblichen
Wasser-Glykol-Gemischs versehentlich
reines Wasser in den Kühlkreislauf
eingefüllt
wird, ist ein derartiges System noch betriebssicher. Der höhere Dampfdruck
im Kühlsystem
führt dann
lediglich zu einem früheren Öffnen des
Zusatzventils.Even
if in today's internal combustion engines instead of the usual
Water-glycol mixture accidentally
pure water in the cooling circuit
filled
is, such a system is still reliable. The higher vapor pressure
in the cooling system
then leads
only to an earlier opening of the
Additional valve.
Diese
Verträglichkeit
bezüglich
der einzelnen Toleranzen und der Betriebsschwankungen der einzelnen
Einflussparameter ist ein ganz wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens.These
compatibility
in terms of
the individual tolerances and the operating fluctuations of the individual
Influence parameter is a very significant advantage of the method according to the invention.
Im
Gegenzug zur direkten Ventilbetätigung können die
erfindungsgemäßen Vorteile
aber auch mit einem indirekt vom Kühlmitteldruck beaufschlagten
Aktuator realisiert werden. Dabei erfolgt die indirekte Kühlmitteldruckbetätigung mittels
eines Drucksensors über
eine Auswerteeinheit, insbesondere die Motorsteuerung 20,
die den Aktuator des kühlmitteldruckbetätigten ersten
Ventils ansteuert. Die Vorteile der freien Ansteuerung liegen dabei
insbesondere in der Möglichkeit,
die Hysterese beim Öffnen
und Schließen
anzupassen und eine verfeinerte und gegebenenfalls zusätzlich kennfeldbasierte
Ansteuerung bezüglich
der Heizleistung und des Kraftstoffverbrauchs vorzunehmen. Da aus
verschiedensten Gründen
eine Überwachung
des Kühlmitteldrucks ohnehin
wünschenswert
wäre, u.a.
zur redundanten Füllstandsüberwachung,
fallen bei solchen Anwendungen die Kosten für einen derartigen Drucksensor gar
nicht ins Gewicht sondern lediglich die Mehrkosten für den separaten
Aktuator einschließlich
dessen Ansteuerung durch die Motorsteuerung.In return for direct valve actuation, however, the advantages according to the invention can also be realized with an actuator indirectly acted upon by the coolant pressure. In this case, the indirect coolant pressure actuation takes place by means of a pressure sensor via an evaluation unit, in particular the engine control 20 that drives the actuator of the coolant pressure actuated first valve. The advantages of the free control are in particular the ability to adjust the hysteresis during opening and closing and make a refined and possibly additionally map-based control with respect to the heating power and fuel consumption. Since for various reasons monitoring of the coolant pressure would be desirable anyway, including redundant level monitoring, fall in such applications, the cost of such a pressure sensor not in the weight but only the additional cost of the separate actuator including its control by the engine control.
Die
Vorteile der Vorgehensweise, die die Summe aus Systemdruck und überlagertem
Motorkühlmittelpumpendruck
zur Druckbetätigung
des Steuerventils heranzieht, bezüglich der Betriebssicherheit
wurden bereits ausführlich
beschrieben. Das System kann – verbunden
mit einem gewissen Mehraufwand – aber
auch mit dem Kühlmittelsystemdruck alleine
betrieben werden, wenn entsprechend feinfühlige Drucksensoren in Verbindung
mit Motorkennfeldern verwendet werden oder wenn feinfühlige Absolutdruckdosen
zum Einsatz kommen, die insbesondere auch im Bereich um 1,0 bar
Kühlmittelabsolutdruck
hinreichend Kraftreserven zur direkten Druckbetätigung aufbringen. Die Druckentnahme könnte dann
insbesondere im Ausgleichsbehälter 9 erfolgen,
wo das über
dem Wasser liegende Luft/Dampfvolumen eine Dämpfung der über die Motordrehzahlschwankungen
entstehenden Druckschwankungen vornimmt. Der Sicherheitsaspekt, dass
das Ventil bei hoher Motorleistung zwangsläufig und unmittelbar bei Einstellung
einer erhöhten
Motordrehzahl auf erhöhte
Kühlleistung
umschaltet, wäre damit
zwar verloren, im Gegenzug resultiert daraus aber der Vorteil, dass
bei entsprechender Dimensionierung im zeitlichen Mittel etwas häufiger bei
Heißkühlbetrieb
gefahren wird. Speziell bei rel. kavitationsunempfindlichen Motoren
und Motoren mit nicht bis aufs letzte ausgereizter Kühlreserve,
die insbesondere mit rel. großer
Volllastkühlmitteltemperaturdifferenz über dem
Motor keine Problem aufweisen, ist dies von besonderem Interesse.The advantages of the procedure, which draws the sum of system pressure and superimposed engine coolant pump pressure on the pressure actuation of the control valve, with regard to operational safety have already been described in detail. The system can - connected with a certain additional effort - but also be operated with the coolant system pressure alone, if correspondingly sensitive pressure sensors are used in conjunction with engine maps or if sensitive absolute pressure can be used, which in particular in the range around 1.0 bar coolant absolute pressure sufficient power reserves apply for direct pressure operation. The pressure extraction could then in particular in the expansion tank 9 take place where the air / vapor volume lying above the water performs an attenuation of the resulting pressure fluctuations over the engine speed fluctuations. The safety aspect that the valve at high engine power inevitably and immediately switches to increased cooling power when setting an increased engine speed, would thus be lost, in return, however, the result of the advantage that is driven with appropriate dimensioning on average over time in hot cooling mode. Especially at rel. cavitation-insensitive engines and engines with not to the last exhausted cooling reserve, in particular with rel. This is of particular interest, given the large full load coolant temperature difference across the engine.