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Die
Erfindung betrifft ein Kühlsystem
für Verbrennungsmotoren
insbesondere für
ein Kraftfahrzeug.
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Ein
typisches Kühlsystem
für Kraftfahrzeuge oder
einen Kraftfahrzeugmotor enthält
einen Motorkühlmantel,
einen Kühler,
eine Kabinenheizmatrix, ein Entgasungssystem, einen Kühlerbypass,
ein Gebläse,
das Luft durch den Kühler
zieht, und eine Zirkulationspumpe, die das Kühlmittel vom Motor durch den
Kühler
und zurück
zirkulieren lässt.
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Ein
derartiges System enthält üblicherweise einen
Thermostat, der sich öffnet
und dadurch die Zirkulation des Kühlmittels durch den Kühler freigibt, wenn
der Motor eine minimale Sollbetriebstemperatur erreicht. Der Kühlmittelstrom
wird üblicherweise durch
eine Pumpe angetrieben, die durch einen von einer Kurbelwellenriemenscheibe
angetriebenen Riemen gedreht wird, und die Strömungsrate hängt von der Motordrehzahl ab.
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Die
von dem Kolbenmantel und den Kolbenringen aus gesehenen Brennkammerwand-
und Ölfilmtemperaturen
werden vorwiegend durch die Motordrehzahl und die Betriebsbelastung
(Menge der abgegebenen Wärme),
die Ladetemperatur, den Druck und durch die Zusammensetzung und
Temperatur des Kühlmittels
sowie dessen Strömungsrate bestimmt.
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Die
Hauptfunktion des Kühlmittels
besteht im Motor neben seiner Funktion, die Wärme abzuführen, darin, annehmbare Temperaturgefälle um jeden Zylinder
und über
den gesamten Motor zu erreichen. Dadurch werden übermäßige durch die Temperaturdifferenzen
bewirkte thermische Verformungen und Spannungen vermieden. Derartige
Spannungen können
besonders bei der Aufwärmphase
zu schlechten Ermüdungswerten
beim zyklischen Betrieb führen. Aus
diesem Grund hängt
die Anforderung an die Kühlmittelströmungsrate
von der Rate der zugeführten
Wärmemenge
gerade so ab wie von der aktuellen örtlichen Metalltemperatur oder
der Kühlmitteltemperatur.
Außerdem
muss man örtliche
Siede- und Entgasungsanforderungen in Betracht ziehen. Deshalb ist
dauernd ein gewisser Kühlmittelstrom
nötig.
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Für verschiedene
Fahrzeugbetriebsbedingungen und Motordrehzahlen und lasten müssen unterschiedliche
Verhältnisse
in Betracht gezogen werden, wie z.B. die Leistung des Kabinenheizers,
Kraftstoffverbrauch, Emissionen, Ölfilmtemperaturen u.s.w.. Mit
einer zusätzlichen
Regelung des Kühlmittelsystems
oberhalb eines thermostatisch geregelten Ventils lassen sich lokale
Betriebstemperaturen im Motor optimieren.
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Zur
Steigerung des Motorwirkungsgrads hat man verschiedene Maßnahmen
ergriffen, die den Motor bei seiner höchsten optimalen Temperatur
arbeiten lassen. Z.B. ist im US-Patent 4 744 335 der Motor mit einem
Servoregelströmungsventil
am Kühlmittelauslass
versehen. Jedoch ist das zur Strömungsregelung
verwendete Ventil in seiner Konstruktion verhältnismäßig kompliziert und macht die Anwendung
zusätzlicher
Ventile zur Regelung seiner Ventilstellung erforderlich. Dies bedeutet,
dass das Ventil nicht direkt zur Veränderung der Strömung aus dem
Motor regelbar ist, sondern von der Beeinflussung einer Druckdifferenz über einem
einen Kolben bildenden Teil des Strömungsregelungsventils abhängt.
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Das
US-Patent 5 975 031 offenbart ein Kühlsystem, das eine Pumpe mit
einem elektrisch angetriebenen Motor hat, dessen Drehzahl mit der
Motortemperatur verändert
wird. Das im US-Patent 5 975 031 beschriebene System enthält auch
einen Kühlerbypasskanal
und beschreibt die Anwendung eines Regelventils stromaufwärts der
Pumpe zur Regelung des Strömungsverhältnisses
von in die Pumpe sowohl vom Bypasskanal als auch vom Kühler strömenden Wassers.
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Außerdem ist
aus GB-A-2 377 253 bekannt, ein Kühlsystem für einen Motor vorzusehen, bei
dem der Kühlmittelstrom
von einer Pumpe zum Motor durch ein elektronisch gesteuertes Strömungsregelventil
geregelt wird. Dieses Kühlsystem
ermöglicht eine
genauere Regelung der Motorkühlung,
hat jedoch den Nachteil, dass der Raum in der unmittelbaren Umgebung
der Kühlmittelpumpe
normalerweise sehr beschränkt
ist, so dass es schwierig ist, eine solche Ventilanordnung unterzubringen.
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Diese
Erfindung stellt verbesserte Mittel zur Regelung des Kühlmittelstroms
durch ein Motorkühlsystem
unter Verwendung einer motorbetriebenen Kühlmittelpumpe zur Verfügung.
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Erfindungsgemäß ist ein
Kühlsystem
für einen
Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung angegeben, das eine Pumpe
für einen
Kühlmittelkreislauf
durch den Motor, einen Kühler
zur Kühlung
des durchströmenden
Kühlmittels,
ein thermostatisch geregeltes Bypassventil, das zwischen einem Kühlmittelauslass
vom Motor und einem Einlass zum Kühler liegt, um selektiv Kühlmittel
durch den Kühler
oder durch den Kühlerbypass
und direkt zurück
zur Pumpe abhängig
von der Temperatur des durch das Bypassventil strömenden Kühlmittels
strömen
zu lassen, und mindestens ein elektronisch gesteuertes Strömungsregelventil
aufweist, welches zwischen dem Kühlmittelauslass
vom Motor und einem Einlass zum Bypassventil ligt, um den durch
das Bypassventil gehenden Kühlmittelstrom
zu regeln.
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Außerdem kann
das Kühlsystem
einen Entgasungsbehälter
aufweisen, der Gas aus dem Kühlmittelkreislauf
abführt
und mit seinem einen Ende mit dem Kühlsystem an einer Stelle zwischen
einem Auslass von dem oder jedem elektronisch gesteuerten Strömungsregelventil
und einem Einlass zum Bypassventil und mit seinem entgegengesetzten
Ende mit einem Einlassrohr zur Pumpe verbunden ist.
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Das
oder jedes elektronisch gesteuerte Strömungsregelventil kann von einer
elektronischen Steuer/Regeleinheit gesteuert werden.
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Das
oder jedes elektronisch gesteuerte Strömungsregelventil kann von der
elektronischen Steuer/Regeleinheit auf der Basis eines oder mehrerer Betriebsparameter
gesteuert werden, die wenigstens einen Parameter enthalten, der
aus Fahrzeugparametern, Antriebsstrangparametern und Wärme- und Kühlparametern
gewählt
ist.
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Alternativ
kann das oder jedes elektronisch gesteuerte Strömungsregelventil von der elektronischen
Steuer/Regeleinheit auf der Basis wenigstens einer sensorisch erfassten
Motortemperatur gesteuert werden.
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Das
System kann außerdem
einen jedem elektronisch gesteuerten Strömungsregelventil zugeordneten
Sensor aufweisen, der ein Feedbacksignal zur Verfügung stellt,
das den Strömungswiderstand durch
das oder jedes elektronisch gesteuerte Strömungsregelventil angibt.
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Außerdem kann
das System ein Stellglied zur Betätigung jedes elektronisch gesteuerten
Strömungsregelventils
aufweisen.
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Die
Erfindung gibt übereinstimmend
mit einem zweiten Aspekt ein Verfahren zur Strömungsregelung eines Kühlfluids
durch das Kühlsystem
eines Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung an, wobei das System
eine Pumpe, die das Kühlmittel durch
den Motor zirkulieren lässt,
ein elektronisch gesteuertes Strömungsregelventil,
das an einem Auslass vom Motor liegt, eine elektronische Steuer/Regeleinheit,
die das Öffnen
und Schließen
des elektronisch gesteuerten Strömungsregelventils
steuert, einen Kühler
zur Kühlung
des aus dem Motor ausströmenden
Kühlmittels,
bevor es zurück
zur Pumpe strömt,
und einen mit einem Auslass von dem elektronisch gesteuerten Strömungsregelventils
verbundenen Thermostat zur Regelung der Kühlmittelströmung durch einen den Kühler umgehenden
Bypasskanal enthält,
wobei das Verfahren die Ermittlung eines für den Motor erforderlichen
Kühlmittelstroms, das Öffnen oder
Schließen
des elektronisch gesteuerten Strömungsregelventils,
um den erforderlichen Kühlmittelstrom
zu erzielen, und eine Regelung des Kühlmittelstroms durch den Bypasskanal
lediglich aufgrund der Temperatur des in den Thermostat strömenden Kühlmittels
aufweist.
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Außerdem kann
das Kühlsystem
einen Ventilstellungssensor und mehrere andere Sensoren enthalten,
die mehrere Betriebsparameter überwachen, die
wenigstens einen Betriebsparameter enthalten, der aus Fahrzeugparametern,
Antriebsstrangparametern und Heiz- und Kühlparametern gewählt ist, wobei
das Verfahren außerdem
das Öffnen
und Schließen
des elektronisch gesteuerten Strömungsregelventils
aufgrund des von dem Ventilstellungssensor empfangenen Signals und
eines der Betriebsparameter aufweisen kann.
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Das
Kühlsystem
kann außerdem
wenigstens einen Motortemperatursensor enthalten, und das Verfahren
kann außerdem
das Öffnen
und Schließen des
elektronisch gesteuerten Strömungsregelventils aufgrund
des von dem oder jedem Temperatursensor empfangenen Signals aufweisen.
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Das
Vorsehen eines Ventils, das die Strömung an einem Auslass vom Motor
beschränkt,
hat die Vorteile, dass jede Druckerhöhung durch den vom Ventil beschränkten Kühlmittelstrom
nur den Druck in der Pumpe, in den Speiseröhren von der Pumpe zum Motor
und im Motor erhöht
und nicht den Druck in anderen Komponenten des Kühlsystem, zB. im Kühler oder
im Kabinenheizer ansteigen lässt.
Zusätzlich
wird, wenn der Kühlmittelstrom
verringert wird, der Druck im Motor erhöht, was das Risiko, dass das
Kühlmittel
innerhalb des Motors siedet, verringert. Wenn stattdessen, wie in
GB-A-2 377 253 das Ventil an einem Einlass zum Motor liegt, ist
letzteres nicht gegeben.
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Nun
wird die Erfindung beispielhaft bezogen auf die beiliegende Zeichnung
beschrieben, in der zeigen:
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1 schematisch
und vereinfacht ein erfindungsgemäßes Motorkühlsystem;
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2 schematisch
eine Anordnung eines ein Regelventil bildenden Teils eines Kühlsystems gemäß der Erfindung;
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3 eine ähnliche
schematische Darstellung, wie 1, die jedoch
das Kühlsystem
mehr im Einzelnen darstellt, und
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4 schematisch
ein zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Kühlsystems.
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In 1 ist
ein Verbrennungsmotor 1 mit innerer Verbrennung dargestellt,
der einen Kühlmantel hat,
durch den ein flüssiges
Kühlmittel,
insbesondere ein Wasser/Glycol-Gemisch, gepumpt wird.
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Das
Kühlmittel
wird durch den Motor 1 mit einer an der Motoraußenseite
angebrachten Pumpe 2 gepumpt, die durch einen endlosen
Riemen 3 angetrieben ist, der seinerseits von einer an
der Kurbelwelle des Motors 1 angebrachten Riemenscheibe 4 angetrieben
wird. Das Kühlmittel
tritt in die Pumpe 2 durch ein Einlassrohr 5 von
einem Kühler
und wird aus einem Pumpenauslass 6 in den Motor 1 durch ein
Rohr 7 gepumpt.
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Das
Kühlmittel
verlässt
den Motor durch einen Kühlmittelauslass
und geht durch ein elektronisch gesteuertes Strömungsregelventil 9,
bevor es zum Einlass eines Bypassventils oder eines Thermostaten
und dann zum Kühler
strömt,
in dem es gekühlt
wird. Das elektronisch gesteuerte Strömungsregelventil 9 wird
so gesteuert, dass es nur eine minimale Drosselung der Strömung bewirkt,
um so sicher zu stellen, dass der geringste Leistungsverbrauch der
Pumpe für
die erforderliche Kühlung
nötig ist, wenn
eine Pumpe mit fester Verdrängung
oder eine Pumpe kleinen Fassungsvermögens für den Fall des Einsatzes einer
Flügelradpumpe
verwendet wird.
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3 zeigt
ein Kühlsystem
mehr im Einzelnen, wie es zuvor unter Hinweis auf 1 beschrieben
wurde, und dieselben Bezugszeichen dienen zur Bezeichnung der gleichen
Teile.
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Das
Kühlmittel
wird in den Motor 1 gepumpt, und das erhitzte Kühlmittel
tritt aus dem Motor 1 aus und geht durch ein strömungsdrosselndes
Ventil in Form eines elektronisch gesteuerten Strömungsregelventils 9.
Die Kühlmittelmenge,
die durch den Motor strömen
kann, wird durch die Ventilstellung des Strömungsregelventils 9 bestimmt.
Das Strömungsregelventil 9 kann
irgendeines eines geeigneten Typs sein, das, wenn es voll geöffnet ist,
eine minimale Strömungsdrosselung
bewirkt, wie z.B. ein Klappenventil, ein Kugelventil oder ein Plattenventil.
In diesem Fall wird, wie 2 zeigt, ein elektronisch gesteuertes
Klappenventil 9 eingesetzt.
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Das
Ventil 9 wird von einem Stellglied 10 betätigt, das
wiederum irgendein geeigneter Typ sein kann, z.B. ein hydraulisches,
elektrisches oder bevorzugt ein Unterdruckstellglied, welches mit
einer Unterdruckquelle im Fahrzeug arbeitet. Das Stellglied 10 ist
in die Offenstellung des Ventils vorgespannt, so dass das Ventil 9 die
Kühlmittelströmung nur
drosselt, wenn das Stellglied aktiviert wird und offen ist, wenn
das Stellglied 10 ausfällt.
Die Ventilstellung wird von einem Sensor in Form eines Drehpotentiometers 11 überwacht
und ein Endstellungssensor in Form eines (nicht gezeigten) Mikroschalters
erzeugt ein Signal, welches den Zustand anzeigt, dass das Klappenventil 9 vollständig geschlossen
ist. Es sollte deutlich werden, dass ein physikalischer Endanschlag
auch zum Erzeugen einer Referenzstellung verwendet werden kann.
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Außerdem sollte
deutlich werden, dass das Kühlmittel,
selbst wenn das Ventil 9 vollständig geschlossen ist, durch
das Ventil 9 strömen
kann, damit ein Kühlmittelmangel
im Motor 1 oder in der Pumpe 2 vermieden ist.
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Das
Kühlmittel
strömt
dann, nachdem es durch das Ventil 9 gegangen ist, dem Einlass
eines Bypassventils in Form eines Thermostaten 12 zu und strömt dann,
falls der Thermostat 12 geschlossen ist, durch einen Kühlerbypass
zum Motor 1 über
das Einlassrohr 5 zur Pumpe 2 zurück. Außerdem strömt das Kühlmittel
vom Thermostat 12 durch einen Wärmetauscher 13, der
den Fahrgastraum des Fahrzeugs wärmt
und durch einen Entgasungsbehälter
oder eine Entgasungsflasche 14 zum Motor 1 über die Pumpe 2 zurück. Der
Kühlkreislauf
kann außerdem einen
(nicht gezeigten) Kühler
für die
rückgeführten Abgase
enthalten, der an einer geeigneten Stelle in den Kreislauf eingesetzt
wäre.
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Die
Kühlmittelzufuhr
zum Entgasungsbehälter 14 geht
von einem Einlass zum Thermostat von einer Stelle zwischen dem Ventil 9 und
dem Thermostaten 12 ab. Es ist erkennbar, dass die Kühlmittelströmung durch
den Motor 1 getrennt von dem Betrieb des temperaturgeregelten
Thermostaten 12 geregelt wird und dass das System durch
die Position der Verbindung zum Entgasungsbehälters 14 nach dem
Ventil 9 automatisch einen niedrigen Druck und die Strömung zum
Entgasungsbehälter
sicher stellt, immer wenn die Strömung vom Motor 1 gedrosselt ist,
wie es während
der Aufwärmphase
des Motors der Fall ist. Dies ist vorteilhaft, da, je weniger Kühlmittel
durch den Entgasungsbehälter 14 strömt, desto weniger
kaltes Kühlmittel
aus dem Entgasungsbehälter 14 ausgestoßen wird,
welches das Aufwärmen des
Motors verlangsamt und die Leistung des Kabinenheizers 13 verringert.
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Sobald
der Thermostat 12 geöffnet
ist, geht die Strömung
statt durch den Bypasskreis durch den Fahrzeugkühler 15, der dadurch
das Kühlmittel
kühlt, bevor
es zurück
zum Motor strömt.
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Es
ist zu erkennen, dass statt eines Thermostaten andere Ventilarten
für das
Bypassventil verwendet werden könnten,
aber dass ein Temperatur erfassender Thermostat ein preiswertes
und zuverlässiges
Mittel ist, das den Bypassstrom, den es selbst regelt, erzielt.
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Ein
Kühlgebläse 16 dient
dazu, Luft durch den Kühler 15 zu
ziehen.
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Der
Ventilsteller 10 wird durch eine Ventilsteuer/regeleinheit 17 betätigt, der
Steuer/Regelsignale von einer elektronischen Regeleinheit in Form eines
Kühlsystemregelmoduls 18 empfängt. In
dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
sind die Ventilsteuer/regeleinheit 17 und das Kühlsystemregelmodul 18 separate
Komponenten. Es sollte jedoch erkennbar sein, dass die Ventilsteuer/regeleinheit 17 als
ein Teil des Kühlsystemregelmoduls 18 gebildet sein
kann.
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Das
Regelmodul 18 empfängt
Eingangssignale von mehrere unterschiedlichen Quellen. Zunächst empfängt das
Modul 18 ein Ventilstellungssignal vom Sensor 11,
das eine geschlossene Regelschleife für das Ventil 9 bildet.
Die Ist-Stellung des Ventils wird in Reaktion auf andere Motorzustandssignale
und in Reaktion auf Parameter, die in ein Motorkennfeld programmiert
werden können,
ermittelt.
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Die
anderen Sensoren können
in drei Arten unterteilt werden, nämlich in Sensoren für Fahrzeugparameter 19,
Antriebsstrangparameter 20 und für Heiz- und Kühlparameter 21.
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Die
Fahrzeugparametersensoren 19 können einen Drehmomentanforderungssensor
enthalten, z.B. anhand der Gaspedalstellung, der Getriebestellung,
der Drehzahl und des Zündschlosszustands.
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Die
Antriebsstrangsensoren 20 können Sensoren für die Temperatur
der in den Motor gesaugten Luft, für die Zylinderkopfmetallkörpertemperatur (CHT),
für eine
Blockmetalltemperatur, eine Motorkühlmittelauslasstemperatur,
eine Zylinderkopfdichtungstemperatur, die Motordrehzahl, die Luftströmung in
den Motor und für
den Kraftstoffbedarf des Motors enthalten.
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Die
Heiz- und Kühlsensoren
können
Sensoren für
die Umgebungslufttemperatur, den Umgebungsdruck, für eine Klimaanlage,
eine Fahrgastraumtemperatureinstellung und Gebläsesteuereinstellungen und für einen
Kühlergebläsezustand
enthalten.
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Die
obige Auflistung von Sensoren ist lediglich beispielhaft und die
Erfindung ist nicht auf die Verwendung derartiger Sensoren beschränkt.
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Das
Regelmodul 18 verarbeitet die Eingangssignale von den verschiedenen
Sensoren und ermittelt ein Optimum der erforderlichen Kühlmittelströmungsrate.
Das Regelmodul 18 schätzt
dann unter Verwendung irgendeines Algorithmus oder aufgrund von
zuvor programmierten Kennfeldern die Sollströmung für die momentane Motordrehzahl
und -last ab.
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Das
Regelmodul 18 sendet ein Signal an die Ventilsteuer/regeleinheit 17,
welches die erforderliche Kühlmittelströmungsrate
angibt, unter Verwendung entweder eines Algorithmus oder eines oder mehrerer
zuvor programmierter Kennfelder, wobei die zur Einstellung der erforderlichen
Kühlmittelströmungsrate
notwendige Ventilstellung ermittelt wird. Der Ventilsteller 10 wird
dann zur Verstärkung
oder Drosselung der Kühlmittelströmung durch
das Ventil 9 abhängig
von dessen Soll- und Iststellung aktiviert. D.h., dass das Ventil 9,
wenn es momentan eine 75%-ige Öffnung
hat und zum Erzielen der gewünschten
Strömung
eine 50%-ige Ventilöffnung
erforderlich ist, durch das Stellglied 10 geschlossen,
jedoch, wenn die gewünschte
Strömung
eine 80%-ige Ventilöffnung
erfordert durch das Stellglied 10 geöffnet wird.
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Deshalb
gestattet die zusätzliche
Regelung der Kühlmittelströmungsrate
zusätzlich
zum thermostatgeregelten Ventil 12 eine bessere Regelung
der lokalen Temperaturen/Wärmeübertragung
und gleichzeitig werden übermäßige Verformungen/Spannung
und örtliches
Sieden des Kühlmittels vermieden.
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Bei
einem alternativen Regelverfahren wird die Ventilstellung nicht
durch Bezug auf andere Betriebsparameter, sondern direkt in einer
geschlossenen Regelschleife unter Verwendung eines oder mehrerer
(nicht gezeigter) Temperatursensoren, die am Motor 1 angebracht
sind, geregelt. Das Regelmodul 18 des Kühlsystems empfängt diese
Signale und ermittelt, ob die Isttemperaturen, die von den am Motor
befestigten Sensoren geliefert werden, zu hoch oder niedrig im Vergleich
mit einer eingestellten Bezugstemperatur sind. Wenn die Temperaturen
zu hoch sind, wird der Ventilsteuer/regeleinheit 17 ein Signal
zugesendet, das das Ventil 9 öffnet, und umgekehrt erhält die Steuer/Regeleinheit 17,
wenn die Temperaturen zu niedrig sind, den Befehl, das Ventil 9 zu
schließen.
Auf diese Weise lässt
sich die Kühlmittelströmung durch
den Motor 1 direkt zur Optimierung seiner Effizienz und
der Abgaseigenschaften regeln.
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Wenn
z.B. ein Temperatursensor zur Erfassung des aus dem Motor 1 austretenden
Kühlmittels und
ein weiterer Temperatursensor in der Nähe einer der Zylinderwände des
Motors montiert ist, lässt
sich der Kühlmittelsensor
zur Ermittlung einsetzen, wann die Kühlmitteltemperatur unter eine
vorbestimmte Mindesttemperatur sinkt, wie dies beim Anwärmen des
Motors geschehen kann. Dieses Signal kann das Kühlmittelregelmodul 18 dazu
veranlassen, das Ventil 9 geschlossen zu halten, um das
Anwärmen
des Motors zu unterstützen.
Gleichermaßen
kann ein Zylinderbohrungssensor zur Regelung des Ventils 9 dienen,
wenn der Motor normal mit heißem
Kühlmittel läuft, um
so die Kühlmittelströmung durch
den Motor 1 zu regeln, um die Zylinderwandtemperatur in
der Nähe
einer eine geringe Reibung verursachenden Solltemperatur zu halten,
die jedoch die Lebensdauer des Schmieröls des Motors 1 nicht
verschlechtert.
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Es
ist erkennbar, dass einer der Vorteile eines erfindungsgemäßen Kühlsystems
darin liegt, dass es leicht angebracht werden kann, das Ventil 9 an
der Auslassseite des Motors 1 liegt und der Auslass normalerweise
in der Nähe
der Oberseite des Motors 1 liegt, wo mehr Platz zur Verfügung steht.
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Es
ist außerdem
erkennbar, dass die Positionierung des Ventils am Auslass des Motors,
bevor der Kühlmittelstrom
andere Komponenten des Kühlsystems
erreicht, bedeutet, dass, wenn das Ventil zur Drosselung der Strömung geschlossen
ist, lediglich die Pumpe, der Motor und die Verbindungsrohre von der
Pumpe zum Motor dem durch die Drosselung der Strömung verursachten erhöhten Druck
ausgesetzt sind, und dass die anderen Komponenten mit niedrigem
Druck beaufschlagt sind.
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Es
ist außerdem
erkennbar, dass ein Ventil des gezeigten Typs leicht mit geringer
zusätzlicher Arbeit
oder geringen zusätzlichen
Kosten an ein vorhandenes Motordesign angepasst werden kann. Die einzigen
zusätzlichen
Komponenten sind das Ventil selbst, ein zur Steuerung oder Regelung
des Ventils dienender elektronischer Regler und irgendwelche zusätzlichen
Sensoren, die die Rückkoplung
zum elektronischen Regler erzielen.
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Bezogen
auf 4 ist ein Teil eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines Motorkühlsystems
gezeigt, das in vielerlei Hinsicht dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel
gleicht.
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Wie
zuvor dient eine Pumpe 2 dazu, das Kühlmittel durch einen Motor
zu einem Thermostaten 12 und von dort durch verschiedene
(nicht gezeigte, sondern allgemein durch den Pfeil 55 angedeutete) Rohre
zurück
zu einem Einlassrohr 51 zirkulieren zu lassen. Es ist zu
bemerken, dass, wie zuvor, das Kühlsystem
einen Kühler,
einen Kabinenheizer und einen stromaufwärts vom Thermostaten 12 verbundenen
Entgasungsbehälter
enthält,
wobei diese Komponenten in 4 aber weggelassen
sind.
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Der
Hauptunterschied zwischen diesem Ausführungsbeispiel und dem zuvor
beschriebenen ist, dass die Kühlmittelströmung durch
den Motor in zwei getrennte Strömungswege
unterteilt ist.
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Einer
der Strömungswege
enthält
ein erstes Kühlmittelspeiserohr 52,
ein erstes elektronisch gesteuertes Strömungsregelventil 56 und
einen gemeinsamen Rücklauf
zum Thermostaten 12 und dient dazu, Kühlmittel dem Zylinder 50 des
Motors zuzuführen.
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Der
zweite Strömungsweg
enthält
ein zweites Kühlmittelspeiserohr 53,
ein zweites elektronisch gesteuertes Strömungsregelventil 54 und
einen gemeinsamen Rücklauf
zum Thermostaten 12 und dient dazu, den Zylinderkopf 60 des
Motors mit Kühlmittel
zu speisen.
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Diese
Anordnung ermöglicht
im Vergleich mit dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel eine verbesserte
Regelung, da der Kühlmittelstrom
durch den Zylinderblock 50 des Motors separat vom Kühlmittelstrom
durch den Zylinderkopf 60 geregelt werden kann.
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Die
beiden elektronisch gesteuerten Strömungsregelventile 54 und 56 werden
von einer (nicht gezeigten) Steuer/Regeleinheit gesteuert und haben dieselbe
Konstruktion, wie sie in 2 gezeigt ist.
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Dieses
Ausführungsbeispiel
ist insoweit vorteilhaft, dass die Temperatur des zur Schmierung
des Motors verwendeten Öls
in einem vorbestimmten Bereich gehalten werden soll, um dessen Leistungsfähigkeit
zu steigern. Wenn die Öltemperatur
zu hoch ist, verschlechtert sich die Schmierungseigenschaft drastisch,
wenn jedoch die Temperatur des Schmieröls zu niedrig ist, erhöht sich
die Reibung. Durch Anwendung eines auf dem Zylinderblock in der
Nähe der
Zylinderwand des Motors angeordneten Temperatursensors lässt sich
die Öltemperatur
angeben, die zur Regelung des Kühlmittelstroms
durch den Zylinderblock 50 verwendet werden kann, um den
Kühlmittelstrom
in einem vorbestimmten Bereich durch wahlweises Öffnen oder Schließen des
ersten elektronisch gesteuerten Strömungsregelventils 56 zu halten.
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Gleichermaßen lässt sich,
wenn ein Temperatursensor am Zylinderkopf angebracht ist, die Temperatur
in einem Bereich der kritischen Komponenten, wie in einem Bereich
einer Ventilbrücke,
messen, so dass die Temperatur geregelt werden kann, um die bestmögliche Motorleistungsfähigkeit
zu erzielen. Es ist erkennbar, dass für den Zylinderkopf ein Betrieb
bei hoher Temperatur erwünscht
ist, um Abgasemissionen aus dem Motor zu verringern. Wenn jedoch
die Temperatur des Zylinderkopfs zu hoch ist, könnte dies zu einem vorzeitigen
Ausfall einer oder mehrerer Komponenten des Zylinderkopfs 60 führen.
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Wenn
die Strömung
des dem Zylinderkopf 60 zugeführten Kühlmittels unabhängig geregelt
wird, lässt
sich die Betriebstemperatur ohne das Risiko von Ausfällen maximieren,
wohingegen im Fall eines üblichen
Verbundkühlsystems,
bei dem das Kühlmittel
vom Zylinderblock zum Zylinderkopf strömt, bevor es zur Pumpe zurück fließt, die
Kühlmittelströmung als
Kompromiss zwischen der Einstellung einer Solltemperatur des Zylinderblocks
und einer Solltemperatur des Zylinderkopfs beeinflusst wird.
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Obwohl
der Kühlmittelstrom
von den beiden elektronisch gesteuerten Strömungsregelventilen 54 und 56 im
Verbund zu einem gemeinsamen Bypassventil oder Thermostat 12 geht,
ist erkennbar, dass separate Bypassventile jeweils für den Zylinderkopf 60 und
den Zylinderblock 50 verwendet werden könnten.
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Deshalb
ist zusammenfassend ein Kühlsystem
offenbar, in dem ein oder mehrere elektronisch gesteuerte Strömungsregelventile
zur Regelung des aus dem Motor ausströmenden Kühlmittelstroms und deshalb
zur Regelung der Kühlung
des Motors unabhängig
von der Drehzahl verwendet werden können, mit der eine Pumpe, die
Kühlmittel
in den Motor strömen
lässt,
von einem mit einer Abtriebswelle vom Motor verbundenen Antriebsriemen
gedreht wird.
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Es
ist erkennbar, dass ein von der Entgasungsströmungsrate herrührender
Wärmeverlust und
ein Lecken nach dem Thermostat durch die Strömungsregelung über das
elektronisch gesteuerte Strömungsregelventil
vor der Öffnung
des Thermostaten verringert sind.
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Durch
die Anwendung mehrerer Sensoren und der zusätzlichen Regelung mit dem oder
den elektronisch gesteuerten Regelventil(en) lassen sich gesteigerte
Aufwärmraten
erreichen und gleichzeitig die thermische Ausdehnung in der Aufwärmphase
in annehmbaren Werten beherrschen. Wenn die Kühlmittelpumpe eine Flügelradpumpe
ist, verringert die Regelung der Kühlmittelströmung durch ein oder mehrere
elektronisch gesteuerte Strömungsregelventile
die von der Kühlmittelpumpe
verbrauchte Leistung, da der gesteigerte Rückdruck die Strömung durch
die Pumpe stoppt, wenn der maximale Pumpendruck erreicht ist.
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Den
Fachleuten ist erkennbar, dass die Erfindung, obwohl sie hier beispielhaft
bezogen auf eine Anzahl spezifischer Ausführungsformen beschrieben wurde,
nicht auf diese Ausführungsformen
beschränkt
ist und dass verschiedene alternative Ausführungsformen oder Modifikationen
der beschriebenen Ausführungen
möglich
sind, ohne von der durch die beiliegenden Patentansprüche definierten
Erfindung abzuweichen.