DE102005056717A1

DE102005056717A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kraftstoffeinsparung bei Kraftfahrzeugen mit und ohne Betrieb der Kabinenbeheizung

Info

Publication number: DE102005056717A1
Application number: DE200510056717
Authority: DE
Inventors: Johann Dr.-Ing. Himmelsbach
Original assignee: AutomotiveThermoTech GmbH
Current assignee: AutomotiveThermoTech GmbH
Priority date: 2005-07-23
Filing date: 2005-11-27
Publication date: 2007-05-31

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs für Kraftfahrzeuge mit einer durch Kühlmittel gekühlten Brennkraftmaschine wird mittels Eingriffen in den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine, den Heizungswärmetauscher und gegebenenfalls weitere zu kühlende Bauteile und unter Berücksichtigung des Kabinenheizbedarfs und deren Bedarf an Regelreserven sowie überlagerte Eingriffe in den motorinternen Wärmehaushalt, insbesondere in die brennraumnahen Bauteiltemperaturen und den motorölseitigen Wärmeübergang, der Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemission reduziert. DOLLAR A Mittels preiswerter Komponenten sowie einer motorkühlsystemspezifischen Einbindung und Ansteuerung, insbesondere mittels eines el. Zusatzventils im Bypasszweig eines konventionellen Motorkühlsystems mit unbeheiztem Dehnstoff-Kühlerthermostaten, einer zusätzlichen Bypassleitung, die stromab des Kühlerthermostaten mündet, thermostatischen und el. Ventilen und geeigneter Dimensionierung der maßgeblichen Bauteile werden Kraftstoffverbrauchsvorteile aufgezeigt, wie sie bisher nicht einmal mit wesentlich kostenintensiveren Ansätzen, wie z. B. mit einer el. Kühlmittelpumpe unter gleichzeitiger Verwendung eines Kennfeldthermostaten, erreicht wurden. DOLLAR A Die Maßnahmen zielen insbesondere darauf ab, nicht nur im gesetzlichen Abgastest ohne Heizung Kraftstoff einzusparen, sondern auch im täglichen Fahrbetrieb mit und ohne Klimaanlage. DOLLAR A Mit minimalen Zusatzkosten bietet der Ansatz ...

Description

Die Erfindung ist eine Fortsetzung der Patentanmeldung DE 10 2005 035 121.2 des gleichnamigen Anmelders vom 23.07.2005. Sie bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines Motorkühl- und Heizsystems mit verbesserter Nutzung der Motorabwärme für Kabinenheizzwecke und/oder zur Kraftstoffeinsparung.
Insbesondere bezieht sie sich auf ein luftseitig geregeltes Heiz- und Klimagerät in Kraftfahrzeugen, mit einem Heizungswärmetauscher, welcher dem Kühlmittel der Antriebsmaschine Wärme entzieht und an die mittels eines Heizungsgebläses durch den Heizungswärmetauscher geförderte Kabinenluft abgibt, sowie um verschiedene Lösungsansätze, um bei luft- wie wasserseitig geregelten Klimageräten Kraftstoff zu sparen.
Die Ausgangsanmeldung beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren, bei welchem mit vergleichbar geringem Bauteilaufwand sowohl im gesetzlichen Abgastest, d.h. ohne AC-Betrieb und ohne Heizung, als auch im normalen Kundenbetrieb mit Heizungs- und/oder AC-Betrieb Kraftstoff gespart werden kann. Dabei spielen die temporäre Drosselung des Kühlmitteldurchsatzes im Heizungszweig 4a und im Bypasszweig 6b jeweils für sich alleine betrachtet bereits eine erhebliche Rolle bezüglich des Kraftstoffeinsparpotentials, bei gleichzeitiger Nutzung der beiden Maßnahmen wird der Nutzen noch erheblich erweitert.
Insbesondere werden in der Ursprungsanmeldung Kühl- und Heizsysteme vorgestellt, bei denen mittels einfacher und preiswerter Zusatzventile und Zusatz-Bypassleitungen Kraftstoffverbrauchsvorteile erzielbar werden, wie sie nicht einmal von jüngst am Markt erschienenen und wesentlich teureren Systemen mit el. angetriebener und stufenlos regelbarer Haupt-Kühlmittelpumpe unter gleichzeitiger Kennfeldkühlung mit el. beheizbarem Dehnstoff-Thermostaten erzielt werden. Insbesondere die spezifische Einbindung des Motorölkühlers und gegebenenfalls des Getriebeölkühlers mit einer rechtzeitigen Nutzung im Warmlauf des MVEG und unter Umschaltung als Wärmequelle bzw. Wärmesenke bei Betrieb mit Heizwärmemangel bzw. bei Abwärmeüberschuss erweitert hierbei den Gesamtnutzen im Ganzjahresbetrieb erheblich.
Die in der Ursprungsanmeldung gezeigten Beispiele des erfindungsgemäßen Kühl- und Heizkreislaufs zeigen insbesondere einen Kühlerthermostaten 6 mit Eintrittstemperaturregelung, d.h. der Bypasszweig 6b ist stromauf des Thermostaten 6 angeordnet. Die Motoreintrittstemperatur wird dabei primär definiert aus der Mischtemperatur des Bypasszweigs 6b und des Kühlerzweigs 6a, welche sich in der Mischkammer des Kühlerthermostaten 6 einstellt und auf das Dehnstoffelement wirkt.
Insbesondere zeigt 7, diese ist identisch mit 11 der Ursprungsanmeldung, ein auf den ersten Blick relativ aufwändig erscheinendes System mit besonders weltgefasstem Nutzungsbereich, mit von der Motorsteuerung 16 frei ansteuerbarem Zusatzventil 6bv im Bypasszweig 6b und einem Heizungsventil 2 sowie optionalen Zusatzzweigen 6d, 6e, und 6c mit optionalen Zusatzventilen 6dv, 6ev und 6cv.
Der Kostenvorteil bei vergleichbarerem oder gar besserem Kraftstoffverbrauch in dieser exemplarischen und hier zunächst bewusst ausgewählten, relativ aufwändigen, Ausgestaltung gemäß 7 ist – verglichen mit der oben beschriebenen Serienlösung mit el. Hauptkühlmittelpumpe und Kennfeldthermostat – bereits unter Beschränkung auf den Kraftstoffverbrauch im MVEG ganz erheblich. Beim sommerlichem AC-Betrieb mit luftseitiger Regelung der Innenraumtemperatur oder bei Winterfahrt mit Heizung nehmen die Kraftstoffverbrauchseinsparungen noch erheblich zu. Das Kosten/Nutzen-Verhältnis lässt sich dabei noch steigern, wenn ein Teil der optionalen Ventile bzw. Zweige in 7 entfällt.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Gedankenguts der Ursprungsanmeldung ist bei den meisten am Markt befindlichen Motoren mit – im Vergleich zu alternativen Technologien zur Kraftstoffeinsparung – sehr geringen Kosten möglich.

Dennoch gibt es Anwendungen und Hersteller mit speziellen Auslegungsphilosophien des Kühl- und Heizsystems, bei denen die Anwendung des erfindungsgemäßen Gedankenguts eine systemspezifische Anpassung und ggf. die Berücksichtigung von Sondereffekten erforderlich macht, insbesondere um kostenträchtige Umstellungen an bereits geplanten Motoren bzw. Fahrzeugen zu vermeiden. Dies betrifft insbesondere die Bauart des Kühler-Thermostaten 6 sowie den Bauraum einschließlich der Einbauposition des Zusatzventils 6bv aber auch die grundsätzlichen Unterschiede bei eintrittsseitiger und austrittsseitiger Temperaturregelung des Kühler-Thermostaten 6.

In Zusammenschau mit der Ursprungsanmeldung ergibt sich hieraus die Aufgabe, einen Motorkühlkreislauf mit einem Heiz- und/oder Klimagerät und insbesondere mit einem Heizgerät mit luftseitiger Regelung der Kabinentemperatur, so umzugestalten, dass sich mit und ohne Nutzwärmeentnahme am Kabinenwärmetauscher und insbesondere bei Nutzwärmeentnahme am Kabinenwärmetauscher bei eingeschränktem Heizbedarf und damit einem Überangebot an potentieller Heizleistung, eine Kraftstoffeinsparung ergibt.

Dabei soll die Fortsetzungsanmeldung insbesondere motorspezifische Erfordernisse berücksichtigen und hierdurch den Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Gedankenguts erweitern.

Auch hier sollen dabei insbesondere die Kosten dadurch eingeschränkt werden, dass Komponenten zum Einsatz kommen, die sowohl für die Verbesserung der Heizung bei hohem Heizbedarf als auch für die Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs eingesetzt werden können.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die beigeordneten Patentansprüche lösen diese Aufgabenstellung ebenfalls und bieten insbesondere den Vorteil, bereits im gesetzlichen Abgastest, d.h. ohne Heizleistungsentnahme am Kabinenwärmetauscher, im Vergleich zu bekannten Systemen in der Teillast nicht nur einen erheblich erweiterten Regelbereich für die brennraumseitigen Motorbauteiltemperaturen sowie die Öltemperaturen zu ermöglichen, sondern darüber hinaus eine sehr hohe Kühlreserve für das plötzliche Umschalten auf Volllast ohne temporäre Leistungseinbuße bereitzustellen.

Durch die Erweiterung des Anwendungsbereichs der Drosselvorrichtung im Heizungszweig gemäß Patentanspruch 1 der Ursprungsanwendung auf Betriebspunkte mit und ohne Heizwärmeentnahme verbessert sich deren Kosten/Nutzenverhältnis derart, dass – bereits bei den heutigen Kraftstoffpreisen und für sich allein gesehen – eine wirtschaftliche Einführung einer derartigen Drosselvorrichtung, insbesondere eines el. ansteuerbaren Ventils 2 im Heizungszweig, sinnvoll wird.

In Verbindung mit den beigeordneten Ansprüchen der Ursprungsanmeldung und den Ansprüchen dieser Fortsetzungsanmeldung erweitert sich der Nutzungsbereich des erfindungsgemäßen Gedankenguts aber sogar in Bereiche hinein, die weit über die Minimierung der wärmeaktiven Masse und der Wärmeverluste im Heizungszweig 4a hinausgehen, bis hin zu der Möglichkeit, sehr kostengünstig Wärmemanagementfunktionalitäten darzustellen bzw. zu verbessern, die bei bisher bekannten Wärmemanagementmaßnahmen aufwändige Zusatzkomponenten wie el. Kennfeld-Thermostaten, Dreitellerthermostaten, stufenlose el. Drehschieber als von der Motorsteuerung angesteuerter Kühlerthermostatersatz oder gar el. Motorkühlmittelpumpen verwenden und dennoch nicht das ganze Kraftstoffeinsparpotential ausschöpfen.

Dabei werden in der Ursprungsanmeldung und in dieser Fortsetzungsanmeldung neben dem Patentanspruch 1 der Ursprungsanmeldung eine ganze Reihe eigenständiger Zusatzansprüche beschrieben, die bereits für sich alleine Bestand haben und auch für sich alleine zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabenstellung herangezogen werden können, in Verbindung mit Patentanspruch 1 der Ursprungsanmeldung und auch in Verbindung mit Patentanspruch 1 dieser Fortsetzungsanmeldung aber eine ganz besondere synergetische Wirksamkeit entfalten. Dies betrifft neben der energiesparenden temporären Temperaturschichtung im Heizungszweig ganz besonders die vielseitige Nutzung des motorölseitigen Wärmeübergangs innerhalb der Brennkraftmaschine 1 sowie des Motorölkühlers 30 bei gleichzeitiger Begrenzung des Motorkühlmittelgesamtdurchsatzes und hierbei insbesondere unter dessen feinfühliger Anpassung bezüglich der motorinternen Bauteiltemperatur in der Teillast je nach Kabinenheizbedarf, Abwärmeüberschuss und erforderlicher Kühlreserve bezüglich eines potentiellen Sprungs auf Motorvolllast.

Auf eine detaillierte Wiederholung der einzelnen Effekte kann hier angesichts der ausführlichen Beschreibung in der Ursprungsanmeldung verzichtet werden. Die sehr ausführlich formulierten Patentansprüche sowie die neuen Systemschaltbilder sind in diesem Zusammenhang mehr als ausreichend, um die Weiterführung der Ursprungsanmeldung nachzuvollziehen. Deshalb werden nachfolgend nur einige wichtige Merkmale beschrieben, die zum Großteil auch auf die neuen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gedankenguts übertragen werden. Zusätzlich werden später systembedingte Abstriche, die sich insbesondere je nach Motorbauart ergeben können, umrissen. Dies erfolgt insbesondere anhand der neuen beispielhaften Schaltbilder, insbesondere mit motoraustrittsseitiger Thermostat-Regelung.

Ein ganz grundsätzliches Mittel der verschiedenen Varianten der erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen ist es, einerseits den Gesamtkühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine 1 zu begrenzen und gleichzeitig eine ausreichende und unmittelbar verfügbare Kühlreserve bereitzustellen. Bevorzugt geschieht das Umschalten auf hohe Kühlleistung durch das Öffnen eines schaltbaren Zusatz-Ventils 6bv alleine, gegebenenfalls aber auch mittels einer zusätzlichen Leistungserhöhung einer regelbaren Motorkühlmittelpumpe 7. Dabei erfolgt die Wärmeentnahme am Heizungswärmetauscher 4 gegebenenfalls ebenfalls bei abgesenktem Gesamtkühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine 1 und insbesondere auch die Wärmeabgabe am Fahrzeugkühler 8.

Die zeitlich optimierte Einbindung der Ölkühler bereits vor Öffnen des Fahrzeugkühlers 8 aber auch bei Abwärmeüberschuss sowie die temporäre Ausnutzung der Ölkühler als Wärmequelle für die Heizung bzw. als Wärmesenke bei überschüssigem Heizpotential sind hierbei sehr effektive Zusatzoptionen.

Die in der Ursprungsanmeldung gezeigten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind dabei insbesondere dadurch ausgezeichnet, dass der Heizkreislauf 4a und/oder die Zusatzbypasszweige 6c bei geschlossenem Bypasszweig 6b eine Motorkühlung mit geringem Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor bei ausreichendem Wärmetransport vom Zylinderkopf zum Zylinderblock sicherstellen. Gleichzeitig liefert die Einbindung des Motorölkühlers 30 in den am Motoraustritt angeschlossenen Zusatzbypasszweig 6c oder noch besser im Pumpenkurzschlusskreis 6d eine zusätzliche Erwärmung des Öls bereits ohne Öffnung des Bypasszweigs 6b, welcher im offenen Zustand auslegungsbedingt immer einen hohen Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor und damit eine starke Absenkung der Zylinderlaufbahntemperatur bewirkt.

Darüber hinaus kommen in den erfindungsgemäßen Varianten der Ursprungsanmeldung eine Reihe weiterer Verfeinerungen zum Tragen, von denen hier nur noch die temporäre Anhebung der Kühlmitteltemperatur weit über die eigentliche Thermostatöffnungstemperatur hinaus erwähnt werden soll. Eine Einbindung der Kühlmittelrückläufe des Zusatzbypasszweigs 6c und/oder des Heizungszweigs 4a an der Position 7e, d.h. unter Umgehung des Thermostaten 6 ist hierbei eine ebenso preiswerte wie effiziente Vorgehensweise, die in einfachster Weise durch das schnelle Öffnen des Zusatzventils 6bv aufgehoben werden kann. Im Warmlauf ist die Einbindung aller geöffneten Zweige am Punkt 7e besonders günstig. Bei Systemen mit Zusatzbypasszweig 6c kann es im Ganzjahresbetrieb dennoch günstiger sein, den Heizungsrücklauf stromauf des Kühler-Thermostaten 6 anzuordnen und den Zusatzbypasszweig 6c stromab oder umgekehrt, da sich damit die Regelgüte bei einsetzender Wärmeabfuhr am Kühler 8 verbessern lässt.

Die Verallgemeinerung der oben teilweise angerissenen Aspekte der erfindungsgemäßen Vorgehensweise auf beliebige Motorkühlsysteme ist möglich bedarf aber gewisser Anpassungen und/oder Einschränkungen.
Vor diesem Hintergrund zeigt 1 die Übertragung der 7 (= 11 der Ursprungsanmeldung) mit Eintrittstemperaturregelung auf ein Kühlsystem mit Austrittstemperaturregelung.
Der Entlüftungszweig 9a ist hierbei in Analogie zu 7 stromab des Kühlertellers des Kühlerthermostaten 6 angeordnet und somit im Warmlauf zunächst gesperrt. Im Vergleich zu 7 bedeutet dies i.a. zunächst eine etwas größere Sensitivität bezüglich der Entlüftung im Warmlauf, da eine unmittelbare Verbindung des Motors zum Luftpolster des Ausgleichsbehälters 9 fehlt. Gegebenfalls kann hier die Einbindung eines Spezialrückschlagventils 9rv, welches bevorzugt nur Luftblasen und weniger eine geschlossene Wassersäule passieren lässt, vorgesehen werden, so wie es in 1b gezeigt ist. Es kann unter Verzicht auf etwas thermisches Potential in 1b anstelle des Spezialrückschlagventils 9vr auch einfach eine starke Drosselung im Entlüftungszweig 9a vorgesehen werden. Eine ganz analoge Vorgehensweise ist, verbunden mit gewissen Mehrkosten, auch ausgehend von 7 möglich, wobei dann der Rücklauf des Ausgleichsbehälters 9 stromab des Kühlerthermostaten 6 angeordnet wird.
Das Zusatzventil 6bv sitzt – analog zu 7 – auch bei 1 und 1b im Bypasszweig 6b und übernimmt wiederum die Aufgabe, bei erhöhtem Kühlbedarf mittels schneller Öffnung sofort einen hohen Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor bereitzustellen. Auch diese Variante erlaubt speziell im Warmlauf eine weitgehende Umsetzung der erfindungsgemäßen Vorteile. Bezüglich des Freiheitsgrades, mittels temporärer Öffnung des Bypassventils 6bv eine Temperaturregelung vorzunehmen, bestehen hier aber prinzipbedingte Einschränkungen: Wenn das Thermostat-Ventil 6 erst einmal mit überwärmtem Kühlmittel angeströmt wird, wird es längere Zeit nicht mehr schließen, d.h. für eine brauchbare Temperaturregelung muss das Bypassventil 6bv dann geöffnet bleiben. Damit ergibt sich zwangläufig eine Temperaturregelung auf die Thermostatnenntemperatur und das bei in der Teillast vielfach deutlich zu hohem Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor. Gleichzeitig sollte das Öffnen des Bypass-Ventils 6bv nicht bei Motorkühlmitteltemperaturen allzu weit oberhalb der Thermostatöffnungstemperatur erfolgen, da sonst das stark überwärmte Kühlwasser den Fahrzeugkühlerzweig 6a mit einem starken Überschwinger öffnet und vorübergehend sehr kaltes Kühlmittel in den Motor strömt.
In diesem Zusammenhang gewinnt die Einbindung des Heizungsrücklaufs 4a und gegebenenfalls des Zusatzbypasszweigs 6c stromab des Kühler-Thermostaten 6 erheblich an Bedeutung, da ab Kühlmitteltemperaturen oberhalb der Thermostatnenntemperatur nur hiermit das vorzeitige Öffnen des Kühlerthermostaten 6 verhindert werden kann. Insbesondere hilft in 1 die Entnahme des Kühlwassers für den Zusatzbypasszweig 6c weit stromauf des Kühler-Thermostaten 6 dahingehend, dass kein zusätzlicher konvektiver Wärmetransport zum Kühler-Thermostaten 6 erfolgt und dieser im Warmlauf zunächst geschlossen bleibt. Darüber hinaus hilft im MVEG die Wärmeübertragung an das im Warmlauf i.a. etwas unterkühlte Öl dabei, dass der Kühler-Thermostat 6 trotz sehr geringem Kühlmittelgesamtdurchsatz durch den Motor für lange Zeit nicht wegen Überhitzungsgefahr geöffnet werden muss und dass der beschriebene Temperatur- Regelüberschwinger beim Übergang zu offenem Bypassventil 6bv motorseitig in Grenzen gehalten werden kann.
Aber auch bei Entfall des Zusatz-Bypasszweigs 6c und sogar bei Entfall der Ölkühler 30 und 40 gemäß 2 führt die Unterbindung der Durchströmung des Bypasszweigs 6b aufgrund des geringeren wasserseitigen Wärmeübergangskoeffizienten im Warmlauf zu einer Erhöhung der brennraumseitigen Motorbauteiltemperaturen und damit neben Vorteilen bei der Verbrennung vor allem auch zu einer verbesserten Reibleistung an der Zylinderlaufbahn. Im einfachsten Fall wird hierbei im MVEG das Heizungsventil 2 möglichst lange geschlossen gehalten, dann bei weiterhin geschlossenem Bypassventil 6bv geöffnet und bei Annäherung an die Thermostat-Nenntemperatur das Bypassventil 6bv geöffnet. Eine Überhöhung der Kühlmitteltemperatur am Motoraustritt über die Thermostatnenntemperatur hinaus ist hier nur bei thermoschockresistenten Motoren möglich, so dass sich die praktische Anwendung gemäß 2 primär auf den Warmlauf bzw. den Winterbetrieb mit Heizleistungsdefizit beschränken dürfte.
Bei Wärmeentnahme am Heizungswärmetauscher 4 werden bei der Ausgestaltung gemäß 2 Vorteile bezüglich der Heizwirkung erzielt, da nicht der gesamte Heizkreislauf erwärmt werden muss, der Bypasszweig 6b weitgehend kalt bleibt und sich die Motorerwärmung bei geschlossenem Bypasszweig 6b primär auf die brennraumnahen Zonen des Motorblocks und -Kopfes beschränkt.
Die verbesserte Verbrennung und die Absenkung des wasserseitigen Wärmeübergangskoeffizienten an der Zylinderlaufbahn überkompensieren hier bei vielen Motoren den Effekt der abgesenkten Kühlmitteleintrittstemperatur, bereits ohne Nutzung des Ölkühlers, so dass sich die beschriebenen Kraftstoffverbrauchseffekte nutzen lassen. Die kraftstoffverbrauchsorientierte Optimierung des Kühlmitteldurchflusses im Heizungszweig 4a wird bereits in der Ursprungsanmeldung ausführlich beschrieben und hängt neben den motorspezifischen Einflüssen und dem Heizbedarf auch von der Leistungscharakteristik des Heizungswärmetauschers 4 sowie dem Vorhandensein eines Zusatzbypasszweigs 6c ab.
Die Konfigurationen gemäß 1, 1a und 2 haben gegenüber 7 einen gewissen Fail-Save-Vorteil, der darin besteht, dass bei starker Überhitzung des Kühlmittels der Kühlerthermostat 6 mittels natürlicher Konvektion erwärmt wird und zu öffnen beginnt, so dass letztlich der Kühlerzweig 6a freigegeben wird.
Für Extremsituationen ist das hilfreich, der damit einhergehende potentielle Thermo-Schock aufgrund stark unterkühlten Kühlwassers am Motoreintritt ist aber nicht als regelmäßig wiederkehrender Effekt erstrebenswert und sollte daher durch rechtzeitiges Öffnen des Bypasszweigs 6b vermieden werden.
Im Gegenzug zu diesem eigentlich nicht benötigten Fail-Save-Vorteil gehen die Freiheitsgrade bezüglich der Überhöhung der Kühlmitteltemperatur über die Thermostat-Nenntemperatur hinaus spätestens nach dem ersten absichtlichen Öffnen des Bypassventils 6bv oder aufgrund natürlicher Konvektion bei fortgeschrittener Erwärmung des Kühlmittels auf Thermostat-Nenntemperatur oder darüber hinaus verloren. Vor diesem Hintergrund zeigt 3 eine Anordnung des Zusatzventils 6bv stromauf des Kühlerthermostaten 6, die der Motorsteuerung 16 eine möglichst weitreichende Hoheit bezüglich der Anhebung der Kühlmitteltemperatur weit über die Thermostatnenntemperatur hinaus einräumt. Das Ventil 6bv verschließt hierbei den Bypasszweig 6b und den Kühlerzweig 6a gleichzeitig. Ein plötzliches Öffnen des Ventils 6bv bei überwärmtem Kühlmittel erfolgt auch hier wieder mit Thermoschock-Risiko, welches aber dadurch eingegrenzt werden kann, dass der Kühlerzweig 6a durch getaktetes Öffnen des Zusatzventils 6bv im Durchfluss begrenzt werden kann.
Auch wenn im Vergleich zum Beispiel gemäß 7 im Normalfall eine prinzipbedingt schlechtere Regelqualität resultieren dürfte, so ist diese Vorgehensweise unter der Vorgabe eines austrittsseitig geregelten Basismotors immer noch effizient bezüglich des Kraftstoffverbrauchs mit und ohne Heizbedarf. Analoges bezüglich der Regelgüte gilt für alle Ausgestaltungen gemäß 1–4, wobei speziell der Heizungsrückfluss stromab des Thermostaten 6, der Zusatzbypasszweig 6c und die spezifische Einbindung der Ölkühler 30 und 40 einen maßgeblichen Beitrag dazu leisten, dass – trotz der prinzipbedingten Nachteile beim Einsetzen der Wärmeabgabe am Fahrzeugkühler 8 – eine nutzbare Erhöhung der brennraumseitigen Bauteiltemperaturen und der Öltemperaturen erzielbar ist, wenn auch unter Einschränkung der nutzbaren Kennfeldbereiche.
Zur Entschärfung des potentiellen Überschwingers bei plötzlicher Umströmung des austrittsseitigen Kühlerthermostaten 6 mit überwärmtem Kühlmittel aufgrund der Öffnung des Zusatzventils 6bv ist die oben beschriebene Taktung des Ventils 6bv sehr hilfreich. So führt z.B. in 1 die getaktete Öffnung des Zusatzventils 6bv beim Übergang zum Kühlbetrieb zwar immer noch zu einem signifikanten Eintrag von sehr kaltem Kühlmittel aus dem Kühlerzweig 6a, doch hilft die dämpfende Wirkung eines relativ großen Kühlmitteldurchsatzes im Heizungszweig 4b und im Minibypasszweig 6c sowie der Wärmetausch in den Ölkühlern 30 und 40 erheblich dabei, einen allzu großen Überschwinger zu vermeiden. Dabei ist es bei der Ausgestaltung gemäß 1 i.a. günstiger mit Kühlmitteltemperaturen am Motoraustritt zu arbeiten, die nicht allzu weit oberhalb der Thermostatnenntemperatur liegen. Eine Ausgestaltung gemäß 4 bietet in diesem Zusammenhang den besonderen Vorteil, dass hier auch deutlich höhere Motoraustrittstemperaturen des Kühlmittels noch handhabbar sind, da hier eine ungewollte Kühlerdurchströmung von der Motorsteuerung 16 bzw. vom Zusatzventil 6bv direkt unterbunden werden kann.
Eine signifikante Erweiterung des Nutzungsbereichs ergibt sich beim System gemäß 5 dadurch, dass mittels der Wärmeentnahme am Heizungswärmetauscher 4 und/oder an den Ölkühlern 30 bzw. 40 auch bei weit über die Thermostatnenntemperatur hinaus erhöhter Kühlmitteltemperatur am Motoraustritt und trotz geringem Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor zusätzliche Betriebssituationen einstellbar sind, die insbesondere bei Wärmüberschuss durch einen geringen Durchfluss im Kühlerzweig 6a und somit eine geringe Wärmeabgabe am Fahrzeugkühler 8 gekennzeichnet sind. Bei Heizleistungsentnahme bleibt der Kühlerzweig 6a bei abgesenktem Kühlmitteldurchfluss im Heizungszweig 4a selbst bei Kühlmittelvorlauftemperaturen der Heizung von 110°C und mehr noch geschlossen, da der Kühlerthermostat 6 mit der unterkühlten Rücklauftemperatur des Heizungszweigs angeströmt wird. Der Minibypasszweig 6c sorgt rechtzeitig für einen Wärmetransport vom Motorkopf zu den Ölkühlern und zum Motorblock, lange bevor der Kühlerzweig 6a geöffnet werden muss und auch noch bei Motorkühlmittelaustrittstemperaturen oberhalb der Thermostatnenntemperatur.
Muss Abwärme am Fahrzeugkühler 8 abgeführt werden, so öffnet im ersten Schritt nur der Heizungszweig 4a, so dass dann ohne Heizung bzw. bei moderater Heizungsentnahme die Rücklauftemperatur oberhalb der Thermostatöffnungstemperatur liegt und die Kühlerwirkung aktiviert. Durch das Geschlossenhalten des Zusatzventils 6bv strömt nur ein vergleichsweise geringer Kühlmittelstrom durch den Fahrzeugkühler 8, selbst wenn der Kühlerthermostat 6 angesichts des überwärmten Kühlmittels u.U. zunächst einen starken Überschwinger zeigt und komplett öffnet. Diesen vergleichsweise geringen Kühlmitteldurchsatz kann der Wärmeübergang in den Ölkühlern 30 und 40 sowie der Rückfluss aus dem Zusatzbypasszweig 6c selbst bei sehr niedriger Kühleraustrittstemperatur relativ gut ausgleichen. Dies gilt ganz besonders, wenn es gelingt, die Rücklauftemperatur im Heizungszweig unter Erfüllung des Heizbedarfs so zu gestalten, dass diese nur unwesentlich über der Thermostat-Nenntemperatur von beispielsweise 85°C liegt und somit der Kühlerthermostat 6 primär den Bypasszweig 6b offen hält und den Kühlerzweig 6a nur wenig öffnet. In dieser Betriebsart ergibt sich angesichts der stets vorhandenen Drosselwirkung im Heizungszweig eine sehr feinfühlige Dosierbarkeit der Wärmeabfuhr am Fahrzeugkühler 8 mittels des von der Motorsteuerung 16 direkt beeinflussbaren Heizungsventils 2.
Durch die Dosierbarkeit der Wärmeabfuhr am Fahrzeugkühler 8 selbst noch bei überwärmtem Kühlmittel erstreckt sich die Anwendbarkeit dieser Vorgehensweise nicht nur auf den Betrieb mit Heizung sondern auch auf den Betrieb ohne Heizung bzw. im gesetzlichen Abgastest.
Des weiteren ist während der Heißkühlung mit und ohne Heizleistungsentnahme stets ein sehr hohes Kühlpotential für den plötzlichen Übergang auf Motorvolllast verfügbar, welches mittels des schnellen Öffnens des Zusatzventils 6bv abgerufen werden kann. Ebenso wie in 1–4 kann auch hier ein getaktetes Öffnen des Zusatzventils 6bv helfen, eine zu starke Motorkühlung beim Übergang auf Wärmeabgabe am Fahrzeugkühler zu vermeiden. Gewisse Einbußen bezüglich der Regelgüte sowie der Bauteil- sowie Ölerwärmung in den Betriebskennfeldern mit Anhebung der Kühlmitteltemperaturen am Motoraustritt über die Thermostatnenntemperatur hinaus sind auch hier letztlich nicht so gut zu vermeiden wie bei der Ausgestaltung gemäß 7. Dennoch sind bereits die Vorteile bis zum Erreichen der Thermostatnenntemperatur von z.B. 85°C so groß, dass die praktische Anwendung sehr kosteneffizient ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Berücksichtigung der Vorgabe eines motoraustrittseitigen Kühlerthermostaten 6 zeigt 6, mit einer Feedbackleitung 6f vom Pumpenaustritt zu einer Position stromab des Zusatzventils 6bv und stromauf des Kühlerthermostaten 6. Die Feedbackleitung führt bei geschlossenem Zusatzventil 6bv dazu, dass der Kühlerthermostat ähnlich wie ein eintrittsseitiger Kühlerthermostat 6 reagiert, verbunden mit den entsprechenden Vorteilen bezüglich der Regelgüte. Die Kühlmittelpumpe 7 wirkt hierbei wie die Mischkammer eines eintrittsseitigen Kühlerthermostaten 6, indem sie alle Teilströme mischt und einen Teilstrom in der Feedbackleitung 6f mit der Mischtemperaturinformation an das Dehnstoffelement des Kühlerthermostaten 6 leitet. Sollte diese Mischtemperatur die Thermostatnenntemperatur spürbar übersteigen, so würde auch dies zu einem starken Öffnen des Fahrzeugkühlerzweigs 6a führen. Die in diesem Betriebszustand eintrittseitige Temperaturregelung bewirkt jedoch bei hinreichendem Kühlpotential des Fahrzeugkühlers 8, dass sich die Kühlmitteltemperatur am Motoreintritt stets nahe der Thermostat-Nenntemperatur befindet, bei immer noch reduziertem Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor. Selbst ein kleiner Überschwinger des Kühlerthermostaten 6 beim Übergang in den Betrieb mit Wärmeabgabe am Kühler führt zunächst aufgrund der Drosselwirkung in der relativ kleinen Feedbackleitung auch auf einen kleinen Kühlmitteldurchsatz durch den Fahrzeugkühler 8.
Bei geringem Gesamtdurchsatz durch den Motor ergeben sich somit wiederum die beschriebenen Vorteile bezüglich des wasserseitigen Wärmeübergangskoeffizienten und aus der Zunahme der Motorkühlmitteltemperatur während der Motordurchströmung sowie die zusätzlichen Freiheitsgrade durch das Heizungsventil 2 und/oder das Zusatzbypassventil 6cv. Auch wenn damit nicht ganz alle Kennfeldpunkte angefahren werden können, die das System gemäß 7 ermöglicht, bedeutet dies eine signifikante Erweiterung des Nutzungspotentials bei motoraustrittseitigem Kühlerthermostaten.
Im Vergleich zur Vorgehensweise gemäß 5 ist bei 6 die Regelgüte in einigen Bereichen signifikant besser. Im Gegenzug ist es z.T. nicht ganz so weitgehend möglich, mit deutlich über 85°C warmem Kühlmittel das Öl zu beheizen, da der Kühlerthermostat 6 die Motoreintrittstemperatur und damit auch die Ölkühlereintrittstemperatur definiert. Zur Behebung dieses Nachteils kann gegebenenfalls ein el. beheiztes Dehnstoffelement des Kühlerthermostaten 6 Abhilfe schaffen. Methoden, wie in Verbindung mit einem gedrosselten Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor auch damit eine hinreichend schnell verfügbare Vollast-Kühlreserve bereitgestellt werden kann, sind in der Ursprungsanmeldung beschrieben. Insbesondere wird dort in diesem Zusammenhang auch beschrieben, wie die lokale Temperaturschichtung in den Bauteilen und im Kühlwasser hilft, im Vergleich zur konventionellen Kennfeldkühlung mit el. beheiztem Thermostaten 6 und systembedingt hohem Kühlmitteldurchsatz im Bypasszweig 6b bei angehobener Kühlmitteltemperatur, wesentlich schneller die erforderliche Kühlwirkung der Motorbauteile und des Motoröls bereitzustellen. Hierzu liegt erfindungsgemäß eine gezielte Erhöhung der Temperaturschichtung in der Motorstruktur und im Kühlmittel von der Brennraumseite in Richtung Motoraußenhaut vor als auch innerhalb des Motors in Kühlmittelströmungsrichtung.
Der Vollständigkeit halber zeigt 8 die Umgestaltung von 7 auf ein Ventil 6bv im Kühlmittelhauptzweig stromab eines eintrittsseitigen Kühlerthermostaten 6. Auch hiermit lässt, insbesondere bei Bauraumrestriktionen im Bypasszweig 6b, ein Großteil der Vorteile aus 7 nutzen, wenn gleich die Wärmeabfuhr bei geringem motorseitigem und kühlerseitigem Kühlmitteldurchsatz nicht ganz unproblematisch ist und eine Taktung des Zusatzventils 6bv ratsam erscheinen lässt.
In Zusammenhang mit der praktischen Umsetzung eines Zusatzventils 6bv in den verschiedensten Motorkühlkreisläufen ist insbesondere zu berücksichtigen, dass eine Anordnung des Zusatzventils 6bv im Bypasszweig 6b, wie z.B. in 1 und 7, aufgrund der i.a. geringeren Leitungsquerschnitte der Bypasszweige 6b und des hier unproblematischeren Zusatzdruckverlustes i.a. technisch einfacher und preiswerter umsetzbar ist als im Kühlmittelhauptstrom, wie beispielsweise in 4 und 8. Dennoch sind durchaus auch Anwendungen bekannt, bei denen Beschränkungen bezüglich des Bauraums oder der Zugänglichkeit am Motor- oder Fahrzeugkühlsystem die Anordnung des Zusatzventils 6bv im Hauptstrom, d.h. z.B. gemäß 4 oder 8 vorteilhaft machen.
In der Ursprungsanmeldung wird insbesondere darauf hingewiesen, dass selbst bei Entfall eines Teils der optionalen Zusatzventile, insbesondere des Zusatzventils 6dv im Motorölkühlerzweig 6d, des Ölkühlerventils 6e im Getriebeölkühlerzweig 6e und des Zusatzbypassventils 6ev im Zusatzbypasszweig 6c noch sehr weitreichende Vorteile bezüglich der Kraftstoffverbrauchseinsparung sowohl im MVEG als auch im Kundenbetrieb mit Heizungs- bzw. AC-Betrieb erzielbar sind. Dies gilt in besonders hohem Maße für die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen mit motoreintrittseitigen Kühlerthermostaten 6, d.h. an Thermostatpositionen wie z.B. in 7, zumindest im Warmlauf und im Betrieb mit hohem Heizbedarf aber auch für die für die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen mit austrittsseitigem Kühlerthermostaten, d.h. an Thermostatpositionen wie z.B. in 1.
Ausgehend von 7 liefert z.B. der Entfall des Ventils 6dv im Motorölkühlerzweig 6d im MVEG nur vergleichsweise geringe Nachteile, da in den ersten Minuten des Warmlaufs der Zusatzbypasszweig 6cv geschlossen werden kann, so dass bei geschlossenem Heizungsventil 2 und geschlossenem Bypassventil 6bv keine Motordurchströmung anliegt und somit die Kühlmitteldurchströmung des Motorölkühlerkreislaufs 6d nur insofern eine Wärmeentnahme für den Motor bedeutet, dass der Motorölkühler 30 und der Kurzschlussbereich um die Motorkühlmittelpumpe 7 herum über das Motoröl maximal auf die im frühen Kaltstart i.a. noch relativ geringe Motoröltemperatur aufgeheizt wird.
Bei der im Vergleich hierzu thermisch etwas günstigeren Beibehaltung des Ventils 6dv im Motorölkühlerzweig 6d kann wahlweise auch das Ventil 6cv im Zusatzbypasszweig 6c ohne gravierende Verbrauchsnachteile entfallen, solange die Drosselwirkung des Zusatzbypasszweigs 6c hoch genug ist: Bei hinreichend starker Drosselung der motorinternen Strömung durch den Zusatzbypasszweig 6c und bei auslegungsbedingt sehr kleiner wärmeaktiver Masse dieses Zusatzbypasszweigs 6c, ergeben sich in der Warmlaufphase bis zum Öffnen des Ventils 6dv bei beispielsweise 60°C Kühlmitteltemperatur nur geringe Einbußen bei den brennraumseitigen Motorbauteiltemperaturen und beim Kraftstoffverbrauch.
Selbst bei einem kompletten Entfall des Zusatzbypasszweigs 6c sowie – unter Inkaufnahme gewisser Zusatzverluste – auch des Ventils 6dv im Motorölkühlerzweig 6d lässt sich im MVEG noch ein signifikannter Teil der Kraftstoffeinsparungen realisieren: Die Funktionalitäten des Zusatzbypasszweigs 6c mit Zusatzventil 6cv übernimmt dann der Heizungszweig 4a mit dem von der Motorsteuerung 16 betätigten Heizungsventil 2. Dabei ist klar, dass sich die größere wärmeaktive Masse des Heizungszweigs 4a im MVEG etwas ungünstiger auswirkt als das Arbeiten mit dem Zusatzbypasszweig 6c bei zunächst geschlossenem Heizungszweig 4a. Hinzu kommt, dass sich u.U. auch die Einbuße der reglungstechnischen Vorteile des Zusatzbypasszweigs 6c gegen Ende des MVEG etwas im Kraftstoffverbrauch niederschlägt. Weitere Details zu diesem Thema finden sich in der Ursprungsanmeldung, ebenso wie entsprechende Details bezüglich des Kraftstoffverbrauchs und ggf. der Heizleistungssteigerung bei Wärmeentnahme am Heizungswärmetauscher 4, insbesondere unter Variation der Durchströmung des Motors und der Ölkühler mit und ohne Drosselung des Heizungszweigs 4a sowie mit und ohne Überschuss an Kabinenheizpotential, so dass an dieser Stelle auf eine Wiederholung verzichtet werden kann.
Die bisherigen Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise konzentrierten sich im wesentlichen auf Anwendungen mit autarken Kühlerthermostaten 6, insbesondere mit Dehnstoffelement als Aktuator, gegebenenfalls mit el. beheiztem Dehnstoffelement zur Anpassung der Öffnungstemperatur mittels der Motorsteuerung 16, bevorzugt aber ohne el. Beheizung des Dehnstoffelements. Insbesondere die geringeren Kosten aber auch Vorteile bezüglich der Regelgüte, des Applikationsaufwandes und z.T. des Fail-Save-Verhaltens machen derartige Systeme mit Dehnstoffthermostaten 6 besonders attraktiv.
Die erfindungsgemäßen Betriebsstrategien unter bedarfsgerechter Anpassung des Gesamtvolumenstroms durch den Motor und unter bedarfsgerechter Aufteilung auf den Heizungszweig 4a sowie die Ölkühlerzweige 6d und 6e lassen sich aber auch mittels zweier getrennt ansteuerbarer Ventile 6av für den Kühlerzweig 6a und 6bv für den Bypasszweig 6b realisieren, wobei zumindest das Kühlerventil 6av fein verstellbar bzw. regelbar sein muss. In diesem Zusammenhang zeigt 9 eine entsprechende Umgestaltung des Systems aus 7.
Unter der Annahme, dass auch das Bypassventil 6bv taktbar ist, ist hier der Zusatzbypasszweig 6c entfallen. Dies ist nun möglich, ohne dass allzu große Nachteile bei der Regelung entstehen, da erhöhte Kühlmitteltemperaturen nicht mehr zwangsläufig zu einem Öffnen des Kühlerzweigs 6a führen. Gegebenenfalls kann aber auch ein stets offener Zusatzbypasszweig 6c oder eine entsprechende Leckage am Ventil 6bv den gewünschten motorinternen Wärmetransport bei geringem Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor sicherstellen. Solange die Ölkühlerzweige mit Ventilen 6dv bzw. 6ev ausgestattet sind, ist auch hierbei eine weitgehend bedarfsgerechte Einbindung der Ölkühler möglich.
Der Aufwand für zwei getrennt ansteuerbare Ventile 6av und 6bv ist nicht unerheblich, verglichen mit Alternativkonzepten mit el. Hauptkühlwasserpumpe 7 und el. beheizbarem Thermostaten 6 aber immer noch kostengünstig, und das bei in Summe besserem Gesamtnutzen. Ganz wesentlich zur Maximierung des Gesamtnutzens ist hier insbesondere, dass die erfindungsgemäßen Einstellungen mit geringem Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor mit und ohne Wärmeentnahme am Heizungswärmetauscher 4 und/oder am Fahrzeugkühler 8 vorgenommen werden können.
Gerade hierzu sind bisher bekannte System nicht in der Lage, erst recht nicht bei luftseitig geregelter Klimaanlage. Vielmehr haben bisherige Systeme mit von der Motorsteuerung frei ansteuerbaren Ventilen bzw. Drehschiebern zumeist versucht, die Funktionalitäten konventioneller Kühlerthermostaten nachzubilden und zusätzlich eine freie Ansteuerbarkeit der Kühlerdurchströmung je nach Kühlbedarf mittels der Motorsteuerung 16 bereitzustellen. Dabei sind Funktionalitäten wie im Kaltstart zunächst stehendes oder sehr stark gedrosseltes Kühlwasser durchaus bekannt.
Die zeitliche Abfolge der Durchflusssteuerung im gesetzlichen Abgastest (MVEG) ist hierbei ohne el. regelbare Kühlwasserpumpe i.a. wie folgt:

1. Totaldrosselung, d.h. stehendes Wasser im Motor (soweit technisch möglich)
2. Gedrosselte Motordurchströmung (Heizungszweig 4a bei wasserseitiger AC-Regelung geschlossen, bei luftseitiger Regelung offen)
3. Motordurchströmung mehr und mehr entdrosselt ohne den Kühler 8 zu öffnen bis voller Kühlmitteldurchsatz im Bypasszweig 6b anliegt
4. Allmähliches Öffnen des Kühlerzweigs 6a z.B. ab 110°C Kühlmitteltemperatur d.h. ab einer Kühlmitteltemperaturgrenze deutlich oberhalb der Öffnungstemperatur konventioneller Thermostaten von z.B. 85°C; Synchron zum Öffnen des Kühlerzweigs erfolgt ein Schließen des Bypasszweigs mit der Zielrichtung eines weitgehend konstanten Gesamtkühlmitteldurchsatzes durch den Motor. Mit anderen Worten, eine Erhöhung des Kühlmitteldurchsatzes im Fahrzeugkühler 8 zur Erhöhung der Kühlleistung geht mit einer Absenkung des Kühlmitteldurchsatzes im Bypasszweig 6b einher, der Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor bleibt weitgehend konstant.

Bei zusätzlicher el. Regelbarkeit der Motorkühlmittelpumpe 7 erfolgt bei bekannten Anwendungen in den Punkten 2–4 gegebenenfalls eine Drehzahlregelung oder Taktung der Kühlmittelpumpe 7, um auf diesem Wege einen reduzierten Kühlmitteldurchsatz durch den Motor zu realisieren.
Zur Umsetzung dieser oder ähnlicher Strategien sind insbesondere verschiedene Versuche bei OEMs und Zulieferern mit el. Wasserpumpe und von der Motorsteuerung 16 angesteuertem Drehschieber als Ersatz für den Dehnstoffthermostaten 6 bekannt geworden. Auch die jüngst bekannte Großserienanwendung mit el. angetriebener Kühlmittelpumpe arbeitet ganz ähnlich, wenn auch anstelle eines relativ teuren Drehschiebers ein el. beheizter Dehnstoffthermostat zum Einsatz kommt und der Dehnstoffthermostat die Funktionalität „Öffnen des Kühlers bei gleichzeitigem Schließen des Bypass" und umgekehrt übernimmt. Um einen reduzierten Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor bei gleichzeitiger Wärmeabfuhr am Fahrzeugkühler einzustellen, erfolgt bei diesen Systemen eine Taktung bzw. Regelung der el. Hauptkühlmittelpumpe 7. Aufgrund der Regelbarkeit der el. Hauptkühlmittelpumpe ist hier prinzipiell auch eine Wärmeabgabe am Fahrzeugkühler 8 bei reduziertem Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor 1 und den Fahrzeugkühler 8 realisierbar. Der Gesamtkühlmitteldurchsatz im Motor wird aber hardwarebedingt, speziell bei geringer bis mittlerer Wärmeabfuhr am Fahrzeugkühler 8, dennoch in weiten Kennfeldbereichen deutlich größer sein als in der unteren Motorteillast erwünscht. Dies liegt bei der erwähnten Großserienanwendung mit Kombination eines el. beheizten Thermostaten 6 mit einer el. Kühlmittelpumpe 7 u.a. daran, dass im Bypasszweig 6b bei teilgeöffnetem Kühlerzweig 6a auch bei reduzierter el. Pumpenleistung in der Praxis sehr oft wesentlich mehr Kühlmittel strömen wird als im Kühlerzweig 4a: Da die thermostatische Öffnung des Kühlerzweigs 4a in Verbindung mit der Antriebsleistung der el. Pumpe 7 die momentane Wärmeabfuhr am Fahrzeugkühler 8 definiert, ist der motorinterne Kühlmitteldurchsatz nicht nur festgelegt sondern in den allermeisten Teillastbetriebspunkten mit Wärmeabgabe am teilgeöffneten Fahrzeugkühlerzweig 6a zu hoch. Die starke Drosselwirkung des teilgeöffneten Thermostaten ist der eigentliche Grund hierfür. Wenn z.B. die momentan erforderliche Wärmeabfuhr am Fahrzeugkühler 8 bei nur minimaler Überschreitung der Thermostatöffnungstemperatur und damit weitgehend verschlossenem Kühlerzweig 6a einen Kühlerstrom im Zweig 6a von ca. 2 l/min und eine entsprechende Antriebsleistung der el. Pumpe erforderlich macht, so führt der in diesem Zustand sehr geringe Druckverlust im Bypasszweig 6b dazu, dass ein viel zu hoher Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor vorliegt. Nur eine zeitverzögerte weitere Erwärmung des Kühlmittels oder eine in der Wirkung ebenfalls zeitverzögerte Teilbestromung des el. Thermostaten kann letztlich diesen Zielkonflikt in Verbindung mit einer Zurücknahme der Pumpenantriebsleistung – zumindest theoretisch – entschärfen.
Bei Verwendung eines Drehschieberthermostaten lässt sich diese Problematik einschränken, die praktische Umsetzung ist aber nicht unproblematisch, weshalb dies bei der ersten Großserienanwendung mit el. Hauptkühlmittelpumpe wohl auch nicht erfolgt ist. Ein starkes Öffnen des Kühlerzweigs 4a bei gleichzeitiger Absenkung der el. Pumpenleistung nahe an den Wert Null kann hier die Anpassung des motorinternen und des kühlerseitigen Kühlmitteldurchsatzes in der unteren Teillast zwar rein theoretisch vornehmen, angesichts des Abstimmungsaufwandes ist das aber relativ schwierig zu handhaben. Es ist davon auszugehen, dass hier in der Praxis oftmals die Kühlleistung des Fahrzeugkühlers 8 temporär zu groß sein wird oder der motorinterne Kühlmitteldurchsatz und damit der Wärmeübergangskoeffizient am Wassermantel der Zylinderlaufbahn permanent zu hoch. Diese Einschätzung gilt ganz besonders angesichts der unvermeidbaren Fertigungstoleranzen und der Bauteilveränderungen im langjährigen Betrieb. Beim Übergang kommt zusätzlich ein erhebliches Thermoschock-Risiko durch das noch weitgehend kalte Kühlerwasser hinzu. Nur eine extrem dauerfeste und feinfühlige Regelung der el. Pumpe 7 bis hin zu kleinsten Leistungen in Verbindung mit einer ebenso feinfühligen und dauerfesten Einstellung des Drehschiebers könnte hier zumindest teilweise Abhilfe schaffen, verbunden mit entsprechenden Kosten für die Bauteile und die fahrzeugspezifische Abstimmung.
Doch selbst dann wäre ein derartiges System der erfindungsgemäßen Vorgehensweise in der praktischen Anwendung sowohl mit als auch ohne Entnahme von Heizleistung funktionell unterlegen. Ein ganz besonders wichtiger Aspekt liegt in diesem Zusammenhang darin begründet, dass im Warmlauf zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs irgendwann eine Wärmeübertragung an den Ölkühlern 30 bzw. 40 eingeleitet werden sollte. Da der Bypasszweig 6b – bei bekannten Anwendungen mit el. beheiztem Dehnstoffthermostaten wie bei bekannten Drehschieberanwendungen – unter mechanischer Koppelung der Ventilkörper gegenläufig zum Öffnen des Kühlerzweigs 6a geschlossen wird, resultiert ohne die erfindungsgemäße Einbindung der Ölkühler und ohne das entkoppelte Verschließen des Bypasszweigs 6b zwangsläufig ein relativ hoher Kühlmitteldurchsatz durch den Motor, sobald auch nur eine einigermaßen ausreichende Durchströmung der Ölkühler realisiert werden soll. Hinzu kommt, dass die Ölaufwärmung im Warmlauf i.a. noch nicht abgeschlossen ist, wenn bereits Wärme am Fahrzeugkühler 8 abgegeben werden muss, d.h. dass auch hier noch ein möglichst hoher Kühlmitteldurchsatz durch den Ölkühler erstrebenswert ist. Und selbst wenn der Ölkühler nach vollständiger Erwärmung des Öls nicht mehr der Erwärmung des Öls dient sondern wirklich der Kühlung des Öls, ist es i.a. vorteilhaft, unabhängig vom momentanen Kühlbedarf der Motorbauteile bzw. des Motorkühlmittels einen relativ hohen Kühlmitteldurchsatz durch die Ölkühler zu gewährleisten, so wie dies z.B. in der Ausgestaltung gemäß 9 der Fall ist. Liegt z.B. die Kühlmittelsolltemperatur in der Teillast bei 110°C, wird damit auch die Öltemperatur relativ nahe an diesen Wert herangeführt und liegt somit nicht nur tribologisch günstig sondern weist auch eine hinreichende Sicherheitsreserve bezüglich einer potentiellen Überhitzung oder Alterung auf.
Bei Heizbedarf in der Kabine bzw. im Klimabetrieb wird bei den beschriebenen Alternativ-Systemen mit el. Hauptkühlmittelpumpe 7 auf normalen oder gar erhöhten Kühlmitteldurchsatz durch den Heizungswärmetauscher 4 und den Motor 1 umgeschaltet. Systeme mit Drehschieber erlauben hier im Warmlauf auch eine Unterbindung des Bypasszweigs 6b, so dass sich immerhin Teilaspekte des erfindungsgemäßen Vorgehens umsetzen lassen. Die beschriebene Serienanwendung mit el. Kühlwasserpumpe und el. beheiztem Dehnstoffthermostaten hat hier zusätzliche Nachteile, da der Bypasszweig 6b im Heizbetrieb nicht von der Motorsteuerung 16 geschlossen gehalten werden kann. In beiden Fällen geht erhebliches Kraftstoffeinsparpotential verloren. Dies liegt u.a. daran, dass die el. Kühlwasserpumpe mit hoher el. Antriebsleistung gefahren werden muss und diese el. Antriebsenergie i.a. nur mit einem schlechtem Gesamtwirkungsgrad bereitgestellt werden kann. Hinzu kommt, dass bei Anwendungen mit Wärmeabgabe am Fahrzeugkühler 8 und insbesondere bei el. beheiztem Dehnstoff-Kühlerthermostaten auch bereits vor dieser Wärmeabgabe, vielfach ein viel zu hoher Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor vorliegt.
Das erfindungsgemäße Vorgehen bietet dem gegenüber den bereits mehrfach beschriebenen Zusatznutzen, dass es auch mit Wärmeentnahme am Heizungswärmetauscher 4, d.h. außerhalb des MVEG mit Heizungs- oder AC-Betrieb noch Kraftstoff spart und insbesondere zusätzlich die Heizleistung verbessert.
In diesem Zusammenhang sieht die erfindungsgemäße Vorgehensweise gemäß 9 insbesondere vor, auch bei Wärmeentnahme am Heizungswärmetauscher 4 den Kühlmittelgesamtdurchsatz durch den Motor 1 zu begrenzen und das Bypassventil 6bv ebenso zu schließen wie das Kühlerventil 6av. Bedarfsorientierte Durchsätze im Heizungszweig 4a und/oder ein getaktetes Öffnen des Ventils 6bv schalten gegebenenfalls zwischen den einzelnen Betriebsarten mit und ohne Nutzung der Ölkühler 30 und 40 um.
Insbesondere wird dabei zur zusätzlichen Erhöhung der Heizwirkung das Ventil 6bv geschlossen und das Ventil 6dv geöffnet, sobald im Warmlauf die Motoröltemperatur oberhalb der Heizungsrücklauftemperatur liegt. Bei hoher Wärmeentnahme am Heizungswärmetauscher 4 und ganz besonders bei Hochleistungsheizungs wärmetauschern 4 mit geringem Bedarf an Kühlmitteldurchsatz ist das im Winter relativ schnell der Fall, so dass das Ventil 6dv bei manchen Motoren auch entfallen kann und sich dennoch sehr schnell eine verbesserte Heizwirkung einstellt.
Eine Verbesserung der Heizleistung ergibt sich auch bereits, wenn das Ventil 6dv ein Thermostatventil ist, das erst ab einer Mindestkühlmitteltemperatur von beispielsweise 60°C öffnet. So ist in der frühen Phase des Warmlaufs der Wärmeübergang ans Öl zumindest unterbunden, was selbst bei hohem Kühlmitteldurchsatz im Heizungszweig noch zu einer Absenkung der effektiven wärmeaktiven Masse des Motors führt, da ein Wärmeübergang vom Kühlmittel ans Öl unterbleibt und da das Öl diese Wärme nicht im gesamten Motor verteilt. Am besten bezüglich der Heizleistung ist es aber, wie bereits mehrfach beschrieben wurde, einen Hochleistungswärmetauscher 4 zu verwenden, der bereits bei geringem Kühlmitteldurchsatz nahezu die volle Heizleistung bringt und aufgrund der niedrigen Rücklauftemperatur dem Motoröl bei geöffnetem Motorölkühlerzweig 6d aktiv erhöhte Wärmemengen entzieht.
Der MVEG-Betrieb sieht in diesem Fall mit Thermostatventil 6dv zunächst stehendes Kühlmittel im Motor vor. Nach Erreichen von beispielsweise 60°C öffnet das Zusatzventil 6bv getaktet, um einen kleinen Kühlmitteldurchsatz durch den Motor sicherzustellen und den Motorölkühler 30 zu aktivieren. Wahlweise kann aber auch das Zusatzventil 6bv ohne die Möglichkeit der Taktung ausgeführt sein und zunächst geschlossen gehalten werden. Dann übernimmt die Durchflusskontrolle mittels des Ventils 2 im Heizungszweig 4a die Aufgabe des Wärmetransports vom Motorkopf zum Motorblock sowie zum Motorölkühler 30.
Ein System gemäß 9 ist ebenso wie die bisherigen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen nach wie vor dadurch gekennzeichnet, dass es ohne el. ansteuerbare Hauptkühlmittelpumpe 7 auskommt, aber auch bei Vorhandensein einer el. schaltbaren bzw. regelbaren Hauptkühlmittelpumpe 7 oder unter zusätzlicher Verwendung el. Hilfspumpen bei temporär deaktivierter mechanischer Hauptkühlmittelpumpe 7 eine erhebliche Verbesserung und Erweiterung des Anwendungsbereichs innerhalb und außerhalb des MVEG darstellt. Von der Vielzahl der bereits in der Ursprungsanmeldung ausführlich beschriebenen Vorteile sind insbesondere die effiziente, vielseitige und reglungstechnisch dämpfende Einbindung der Ölkühler 30 und 40 bereits bei geringem Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor 1 sowie die Option, den Heizungszweig 4a trotz Wärmeentnahme am Heizungswärmetauscherzweig 4a in seiner effektiven wärmeaktiven Masse abzusenken bzw. ohne Heizung komplett zu deaktivieren von ganz erheblicher Bedeutung für das Kosten/Nutzenverhältnis.
Insbesondere die Vorteile bezüglich der Anhebung der brennraumseitigen Motorbauteiltemperatur unter Bereitstellung einer ausreichend schnell verfügbaren Kühlreserve können hierbei auch mit der Ausgestaltung gemäß 9 bereits dann kostengünstig umgesetzt werden, wenn das Zusatzventil 6bv im Bypasszweig nicht getaktet bzw. stufenlos verstellt werden kann.
Mit Blick auf die exemplarischen Ausführungen des erfindungsgemäßen Vorgehens, z.B. gemäß 1, 7 und 9, liefert das Ventil 6bv im Bypasszweig 6b mit und ohne el. ansteuerbare Hauptkühlmittelpumpe 7 den besonderen Vorteil, dass nicht nur ein hoher Ölkühlerdurchsatz bei stark reduziertem Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor realisierbar ist, sondern auch potentielle thermische Leckageverluste durch natürliche Konvektion bzw. Thermo-Syphon-Effkete vermindert werden. Analoges bezüglich der thermischen Leckage gilt auch für das Ventil 2 im Heizungszweig 4a sowie gegebenenfalls die Ventile 6cv im Zusatzbypasszweig 6c sowie die beiden Ölkühlerventile 6dv und 6ev.
Angesichts der weitreichenden Erfüllung der meisten Thermomanagementbedürfnisse innerhalb und außerhalb des MVEG ist zu erwarten, dass das erfindungsgemäße Gedankengut auch bei einer Anordnung mit frei ansteuerbaren Ventilen 6av und 6bv gemäß 9 aus Kostengründen bevorzugt ohne el. Hauptkühlwasserpumpe 7 zum Einsatz kommen wird.
In diesem Zusammenhang haben in der Vergangenheit nicht zuletzt die hohen Kosten für die el. Kühlmittelpumpe 7 und den el. Drehschieber dazu geführt, dass die meisten OEMs diesen potentiellen Weg zu Kraftstoffeinsparung wieder aufgegeben haben. Der Weg gemäß 9 trennt vor diesem Hintergrund die Funktionen des Drehschiebers in die zwei Grundfunktionen „Wärmeabgabe am Fahrzeugkühler 8" und „Kühlbedarfsonentierte Drosselung des Gesamtkühlmitteldurchsatzes durch den Motor 1", ganz anlaog wie das z.B. in 7 durch den Dehnstoffthermostaten 6 und das Zusatzbypassventil 6bv erfolgt. Erst hierdurch wird es möglich, einerseits auf die elektrische Schalt- bzw. Regelfunktion der Hauptkühlwasserpumpe 7 zu verzichten und mittels der über die Motorsteuerung 16 angesteuerten Ventile 6av und 6bv dennoch eine vergleichbare oder gar besserer Bauteil- und Öltemperaturanpassung für Teillast und Volllast zu erzielen als mit einem wesentlich teureren System bestehend aus el. regelbarer Hauptkühlmittelpumpe 7 und konventionellem Drehschieber bzw. elektrisch beheiztem Thermostaten 6.
Auch wenn vorerst in der Praxis noch gewisse Vorbehalte bezüglich frei ansteuerbarer Kühlerventile 6av, insbesondre bezüglich der nicht ganz unkritischen fahrzeugspezifischen Anpassung, der Betriebssicherheit sowie Dauerhaltbarkeit bestehen bleiben und erst noch ausgeschlossen werden müssen, so macht insbesondere die Möglichkeit, das Ventil 6av mittels eines 2-Wege-Drehschiebers mit einem weitgehend freien Strömungsdurchgang auszugestalten, d.h. mit weitgehend druckverlustfreiem Arbeitspunkt bei voller Öffnung und maximaler Wärmeabgabe am Fahrzeugkühler 8, diese Option für die Zukunft attraktiv. Hinzu kommen Bauraumvorteile: Da das frei ansteuerbare Kühlerventil 6av für eine gute Temperaturregelung bei geschlossenem wie bei teilgeöffnetem Kühlerzweig 4a keinen Temperaturinput mittels eines Pilotstroms entlang des Dehnstoffelements benötigt, welcher z.B. in 7 durch den Bypasszweig 6b eingestellt wird, kann es an beliebiger Stelle angeordnet werden, d.h. sogar weit weg vom Motor. Zusätzlich entfallen im Bypasszweig 6b der Druckverlust des Fahrzeugkühlers 8 sowie nun zusätzlich der Druckverlust des Kühlerthermostaten bzw. dessen internen Bypasstellers, so dass selbst bei hohem Kühlbedarf im teilerwärmten Zustand, d.h. bei noch völlig oder weitgehend geschlossenem Kühlerzweig 6a, bereits ein relativ kleines Ventil 6bv genügt, um selbst bei Hochleistungsmotoren unter Motorvolllast eine homogene Motorbauteiltemperatur sicherzustellen. Zur Minimierung der wärmeaktiven Masse werden in diesem Zusammenhang die Abmessungen des Zusatzventils 6bv und der zugehörigen Leitungen bzw. motorinternen Strömungskanäle des Bypasszweigs 6b wesentlich kleiner gehalten als im Kühlerzweig 6a. Aus dem gleichen Grund ist es insbesondere vorteilhaft, das Bypassventil 6bv möglichst nahe am Motor anzuordnen. Auch bei der Anordnung gemäß 9 bietet die spezifische Einbindung der Ölkühler 30 und 40 den ganz besonderen Vorteil, dass diese helfen, potentielle Schwankungen der Motoreintrittstemperatur zu dämpfen und damit die Anforderungen und Kosten für die Ventile 6av und 6bv klein zu halten. Aus dem gleichen Grund ist es sehr hilfreich, den Heizungszweig 4a so einzubinden, wie dies in 9 gezeigt ist. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, den Heizungszweig 4a, insbesondere bei einem Überangebot an Heizpotential, dazu zu verwenden, um zumindest in der Übergangsphase mit sehr kleinem Kühlerstrom eine genau definierte Untergrenze für den motorinternen Kühlmitteldurchsatz einzustellen indem das Bypassventil 6bv geschlossen wird und das Heizungsventil 2 zumindest teilweise geöffnet. Damit resultieren selbst bei leichten Ungenauigkeiten in der Regelung des Kühlerventils 6av aufgrund gewisser Hardware-Restriktionen und/oder Totzeiten beim Ansprechen der Regelung aufgrund der rel. großen Wassermasse im Kühlerzweig 6a keine allzu großen Temperaturschwankungen am Motoreintritt.
Vor dem Hintergrund des vielseitigen Nutzens innerhalb und außerhalb des MVEG, und der Freiheiten bezüglich des Bauraums und des Einbauortes sowie dem weiteren Zusatznutzen, dass durch die Entdrosselung im Kühlerzweig 6a u.U. eine kleinere Kühlmittelpumpe mit permanenter Einsparung von Pumpenantriebsleistung ausreicht, relativiert sich der vielleicht zunächst als übertrieben erscheinende Aufwand gemäß 9. sehr stark. Die zwei getrennten Ventile 6av und 6bv einschließlich der zugehörigen separaten Steuerleitungen zur Motorsteuerung führen letztlich nicht nur auf ein besonders vielseitiges und kraftstoffeffizientes System, sondern sind auch in der Kosten/Nutzenbilanz immer noch sehr viel günstiger als Systeme mit el. Hauptkühlmittelpumpe 7.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise, insbesondere mit zumindest temporär mittels der Motorsteuerung 16 entkoppelter Ansteuerung des Kühlerzweigs 6a und des Bypasszweigs 6b, zeigt 10 ein neuartiges Drehschieberventil, welches insbesondere in der Lage ist, einen Großteil der Funktionalitäten der beiden Einzelventile 6av und 6bv in 9 mit nur einem Ventil und nur einem Ansteuerkanal der Motorsteuerung 16 nachzubilden. Die Positionen Pos.1–Pos.5 zeigen hierbei verschiedene Stellungen des Drehschiebers 93 mit der zugehörigen Drehrichtung für eine Erhöhung der Kühlwirkung innerhalb des Motors. Dabei ist z.B. zur weitgehenden Nachbildung der Funktionalität aus 9 der Zweig 90 am Bypasszweig 6b und der Zweig 92 am Kühlerzweig 6a angeschlossen. Die Zuströmung des Kühlmittels zum Drehschieberventil, die in 10 nicht explizit eingezeichnet ist, erfolgt axial und verteilt sich je nach Position des Drehkörpers 93 auf den Bypasszweig 6b und/oder den Kühlerzweig 6a. Mit Bezug auf 9 handelt es sich also prinzipiell wiederum eine motoraustrittsseitige Einbindung. In analoger Weise kann das neue Drehschieberventil aber auch für eine motoreintrittsseitige Einbindung verwendet werden, indem dann der axiale Anschluss des Drehschieberventils anstelle am Motoraustritt am Motor- bzw. Pumpeneintritt angeschlossen wird.
In Pos.1 ist der Kühlerzweig 6a bzw. der Anschluss 92 komplett geschlossen und auch der Bypasszweig 6b bzw. der Anschluss 90 bzw. ist komplett oder zumindest weitgehend geschlossen.
Mit zunehmendem Kühlbedarf des Motors und/oder zur Aktivierung der Ölkühler 30 bzw. 40 wird der Drehschieber 93 etwas in Richtung Position 2 gedreht und eine leichte Öffnung des Bypasszweigs 6b vorgenommen. Der Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor ist zunächst noch stark gedrosselt, um den wasserseitigen Wärmeübergang und somit die brennraumseitigen Motorbauteiltemperaturen einschließlich der Temperaturen an der Zylinderlaufbahn möglichst weit abzusenken. Dies ist generell vorteilhaft, sowohl bei Motoren mit als auch ohne Ölkühler 30 bzw. 40. Insbesondere bei Motoren mit Ölkühler 30 und/oder 40 und ganz besonders bei einer Einbindung gemäß 9 ergibt sich wiederum der Vorteil, dass mittels der Motorsteuerung 16 eine bedarfsgerechte Nutzung der Ölkühler 30 bzw. 40 für die verschiedenen erfindungsgemäßen Betriebsarten mit und ohne Heizleistungsentnahme am Heizungswärmetauscher 4 einstellbar ist. Dabei spielt insbesondere im MVEG die Möglichkeit eine große Rolle, trotz starker Reduktion des Gesamtkühlmitteldurchsatzes durch den Motor rechtzeitig mit der Ölaufwärmung zu beginnen ohne die Zylinderlaufbahn zu stark zu kühlen.
Mit weiter zunehmendem Kühlbedarf wird der Drehschieber mehr und mehr in Richtung Pos. 2 gedreht oder gar etwas weiter. Der Bypasszweig 6b bleibt dabei aber immer noch teilweise verschlossen, der Kühlerzweig ist hier ohnehin noch komplett geschlossen. Dies erfolgt um den motorinternen Kühlmitteldurchsatz etwas zu erhöhen und eine lokale Motorbauteilüberhitzung sicher zu vermeiden. Diese bisher beschriebenen Einstellungen können prinzipiell auch von bereits bekannten Drehschieberventilen angefahren werden, auch wenn sich ohne die erfindungsgemäßen Zusatzmaßnahmen nicht die vollen Vorteile bezüglich des Kraftstoffverbrauchs und der Heizwirkung umsetzen lassen.
Bei weiter ansteigendem Kühlbedarf zeigen die Position 3 und 4 die zugehörige Einstellungen, wie sie ein konventioneller Drehschieber einstellen wird. Eine Einstellung gemäß Pos. 3 erfolgt hier bei hohem Überschuss an Kühlpotential des Fahrzeugkühlers 8, d.h. bei hohem Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor geht ein erheblicher Kühlmitteldurchsatz noch durch den Bypasszweig 6b. Wenn der Überschuss an Kühlpotential des Fahrzeugkühlers 8 geringer wird schließt der Drehschieber dann den Bypasszweig und öffnet den Kühlerzweig gemäß Pos. 4, wiederum bei hohem Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor.
Auch die erfindungsgemäße Vorgehensweise nutzt die beiden Positionen 3 und 4 bzw. vergleichbare Einstellungen der Durchflussaufteilung auf Bypass- und Kühlerzweig, jedoch erst bei sehr hohem bzw. maximalem Kühlbedarf des Motors. Ausgehend von Position 2 mit verschlossenem Kühlerzweig 6a erfolgt jedoch beim erfindungsgemäßen Drehschieberventil normalerweise bei einem Bedarf an Wärmeabfuhr am Fahrzeugkühler 8 ein unstetiger Sprung in Position 5 mit einem Vertauschen der Steuerkanten des Drehschiebers 93 und einer Umkehrung der Drehrichtung für erhöhte Kühlung. Zur Steigerung der Kühlwirkung am Motor erfolgt damit eine synchrone Öffnung des Bypasszweigs 6b und des Kühlerzweigs 6a. Damit lässt sich wiederum die erfindungsgemäße Vorgehensweise mit Wärmeabfuhr am Fahrzeugkühler 8 bei reduziertem Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor einstellen, auch wenn die Freiheitsgrade der Regelung nicht ganz so groß sind wie bei zwei völlig getrennten Ventilen 6av und 6bv.
Insbesondere ist damit auch bei dieser Vorgehensweise die Umsetzung erhöhter brennraumseitiger Motorbauteiltemperaturen und damit auch Zylinderlaufbahntemperaturen unter Bereitstellung einer hohen Kühlreserve sichergestellt. Nicht zuletzt die Tatsache, dass die Anhebung der Zylinderlaufbahntemperaturen nicht mit einer kompletten Temperaturanhebung aller mit dem Motorkühlmittel in Berührung kommenden Motorbauteile einhergeht, spielt in diesem Zusammenhang eine erhebliche Rolle. Hinzu kommt, dass auch das motorinterne Kühlwasser nur in Richtung Motoraustritt nahe an die zulässigen Kühlmitteltemperaturgrenzwerte erwärmt ist bzw. dass am Motoreintritt etwas kühleres Kühlmittel anliegt. Dies unterstützt gegebenenfalls einen totzeitarmen Übergang auf volle Kühlwirkung am Motor zusätzlich. Im Gegensatz zu konventionellen Drehschieberanwendungen, die zur Bereitstellung einer hinreichenden Kühlreserve für einen plötzlichen Sprung auf Volllast eine el. Kühlmittelpumpe benutzen, ist das ein erheblicher Kostenvorteil.
Es liegt auf der Hand, dass der unstetige Übergang von Einstellungen gemäß Pos. 5 auf Pos. 2 und umgekehrt gewisse Mindestanforderungen an die Stellgeschwindigkeit des Drehschiebers stellt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Drehschiebers erfolgt dies jedoch ohne Thermoschockrisiko, da z.B. beim Übergang von Pos. 5 auf Pos. 2, d.h. mit der erneuten Umkehrung der Drehrichtung, der Kühlerzweig 6a bzw. der Anschluss 92 zunächst geschlossen wird. Auch der Übergang von Pos. 5 auf Pos. 3 erfolgt bevorzugt zunächst über Pos. 2 und somit unter weitgehender Vermeidung von Thermoschock durch einen temporär zu hohen Kühlerstrom, zumindest wenn der Kühlerzweig 6a in einer Ausgangsstellung gemäß Pos. 5 aufgrund relativ hohen Kühlbedarfs im Fahrzeugkühler 8 nicht ohnehin bereits relativ weit offen ist. In beiden Fällen des Übergangs ist es hilfreich, wenn der Heizungszweig 4a einen Mindestkühlmittelstrom während der kurzen aber zwangsläufigen Unterbrechung des Bypasszweigs 6b aufrecht erhält. Deshalb ist es besonders vorteilhaft, vor der Überleitung auf Phasen mit moderater Wärmeabgabe am Fahrzeugkühler 8 den Kühlmitteldurchsatz im Heizungszweig 4a temporär anzuheben.
Speziell die Möglichkeit, den Durchsatz im Heizungszweig 4a, bei weitgehend geschlossenem Kühler- und Bypasszweig 6a und 6b, mit dem Ventil 2 über die Motorsteuerung 16 zu variieren, hilft erheblich, die Anwendungshäufigkeit kraftstoffsparender Einstellungen gemäß 10, Pos. 5 mit synchroner Verstellung des Kühler- und des Bypassströmungsquerschnittes zu erhöhen. Hinzu kommen die dämpfenden Wirkungen der Strömung im Heizungszweig 4a sowie gegebenenfalls der spezifischen Einbindung der Ölkühler 30 und 40 gemäß 9, die insbesondere auch helfen, die Anforderungen an das Drehschieberventil in Grenzen zu halten.
Ein freier Regeleingriff im Bypasszweig 6b mittels eines separaten Zusatzventils 6bv erlaubt es prinzipbedingt besser, den stark motorlastabhängigen Zielkonflikt abzustimmen, der bei Wärmeabfuhr am Fahrzeugkühler 8 mit hohem Überschuss an Kühlpotential des Fahrzeugkühlers 8 darin besteht, dass die in der Teillast gewünschte Erhöhung der Kühlmitteleintrittstemperaturen des Motors einen erhöhten Bypassvolumenstrom erstrebenswert erscheinen lassen, mit der Erhöhung des Bypassvolumenstroms aber eine Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten im Wassermantel der Zylinderlaufbahn einhergeht. Dies gilt ganz besonders vor dem Hintergrund, dass je nach momentanem motorseitigem Wärmeeintrag in der Teillast, je nach Vorgeschichte des Fahrbetriebs bzw. momentaner Motorbauteil- und Fahrzeugkühlertemperatur sowie je nach momentaner Fahrgeschwindigkeit ein unterschiedliches Verhältnis von Bypassstrom zu Kühlerstrom kraftstoffverbrauchsoptimal ist. Dennoch kann in diesem Zusammenhang auch der neue Drehschieber, insbesondere in der oben exemplarisch anhand 9 beschriebenen Systemeinbindung und mit der temporären Umkehrung der Steuerkanten gemäß 10, Pos. 5, einen signifikanten Teilbeitrag leisten.
Wie bereits mehrfach beschrieben wurde, stellen nicht zuletzt die hohen Anforderungen bezüglich der Dosiergenauigkeit über die gesamte Motorlebensdauer eine wesentliche Hürde für Drehschieberanwendungen dar. Die oben beschriebene Anwendung des Drehschiebers gemäß 10 und insbesondere die ebenfalls beschriebenen Systemeinbindungen unter Nutzung der Verstellbarkeit des Heizungsdurchsatzes sowie gegebenenfalls der Ölkühler sind hier sehr hilfreich. Zur weiteren Absenkung der Abforderungen an die Stellgenauigkeit des Drehschiebers zeigt 11 eine Weiterentwicklung des Drehschiebers aus 10. Diese weist seitliche Miniaturströmungskanäle 90m im Bypassanschluss 90 und 92m im Kühleranschluss 92 auf, welche ebenfalls vom Drehschieber 93 geöffnet bzw. geschlossen werden. In der Betriebsart analog zu Pos. 5 in 10 sorgen diese dafür, dass bei begrenzter Winkelauflösung des Drehschiebers 93 eine sehr feinfühlige Steuerung des Öffnungsvorgangs der beiden Zweige von der Motorsteuerung 16 vorgenommen werden kann. Insbesondere erfolgt dabei die Öffnung des Bypasszweigs 6b bevorzugt etwas früher als die Öffnung des Kühlerzweigs 6a.
Darüber hinaus ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Strömungsquerschnitte des teilgeöffneten Bypasszweigs 6b und des teilgeöffneten Kühlerzweigs 6a – im Rahmen der zwangsläufigen geometrischen Einschränkungen aufgrund des i.a. kleineren bypassseitigen Anschlusses 90 – so ausgestaltet werden, dass im Bypasszweig zumindest kurz nach der Öffnungsphase gemäß Pos. 5 mehr als doppelt soviel Kühlmittel strömt wie im Kühlerzweig.
Damit ergibt sich z.B. im MVEG bei 25 °C Umgebungstemperatur beim ersten Öffnen des Kühlerzweigs 6a bei z.B. 110°C Kühlmitteltemperatur am Motoraustritt unter der zunächst vereinfachenden Annahme eines geschlossenen Heizungszweigs 4a eine theoretische Mischtemperatur von ca. 82°C am Motoreintritt. Mit dieser exemplarischen Einstellung lassen sich bereits mit 1 l/min Kühlerdurchsatz bzw. 3 l/min motorinternem Kühlmitteldurchsatz bis zu 5kW durch den Fahrzeugkühler 8 an die Umgebung abführen. Dies ist eine Wärmeabgabe am Fahrzeugkühler 8, die in weiten Bereichen des MVEURO und auch bei normalem innerstädtischem Teillastfahrbetrieb mit und ohne Heizleistungsentnahme sehr häufig nicht benötigt wird. Im Vergleich zu einem konventionellen Thermostaten bzw konventionellen Drehschieber ohne el. Absenkung der Pumpenantriebsleistung ist der motorinterne Kühlmitteldurchsatz bei gleicher Wärmeabgabe am Fahrzeugkühler 8 um den Faktor 10–20 abgesenkt, verbunden mit einer entsprechenden Absenkung des Wärmeübergangskoeffizienten am Wassermantel der Zylinderlaufbahn. Im Gegenzug erscheint auf den ersten Blick die Motoreintrittstemperatur mit ca. 82°C deutlich geringer als mit Systemen mit 10–20 mal so hohem motorinternen Kühlmitteldurchsatz, welche bei gleicher Wärmeabgabe am Motor und ebenfalls 110°C Motorkühlmittelaustrittstemperatur oberflächlich betrachtet ebenfalls nahe an 110°C erwartet wird, was aber speziell im Warmlauf jedoch deutlich differenzierter betrachtet werden muss.
Die zeitliche Analyse der Zylinderlaufbahntemperaturen im Warmlauf zeigt in diesem Zusammenhang, dass bei vielen Motoren in weiten Kennfeldbereichen der Motorlast der Einfluss des Wärmeübergangskoeffizienten im Wassermantel dominiert und erst bei sehr geringer Motorlast der Einfluss der Motorkühlmitteleintrittstemperatur stärker zu berücksichtigen ist. Vor diesem Hintergrund ist für jeden Betriebspunkt des Motors und damit jede erforderliche Wärmeabfuhr am Fahrzeugkühler 8 eine sehr sorgfältige Abstimmung des Bypassvolumenstroms erforderlich. Neben der quasistationären Wärmeabgabe am Fahrzeugkühler 8 und gegebenenfalls auch am Heizungswärmetauscher 4 sind dabei insbesondere auch die bereits beschriebenen instationären Effekte des Warmlaufs unter Berücksichtigung der lokalen Motorbauteiltemperaturen und der lokalen Medientemperaturen von Kühlmittel und Öl zu berücksichtigen. Nicht zuletzt diese Effekte führen letztlich dazu, dass bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise im Warmlauf – im Vergleich zum Betrieb mit hohem motorinternem Kühlmittelstrom – nicht nur ein stärkerer zeitlicher Gradient der brennraumseitigen Motorbauteiltemperaturen bei vergleichsweise moderater Zunahme der Motorkühlmittelaustrittstemperatur zu beobachten ist, sondern dass ohne Kabinenheizleistungsentnahme, je nach Einstellung des motorölseitigem Wärmeübergangs, z.T. aber sogar noch bei moderater Kabinenheizleistungsentnahme, auch die Motoreintrittstemperatur kaum langsamer steigt als bei hohen Motorkühlmittelgesamtdurchsätzen.
Bei Motoren mit Ölkühler ist insbesondere zu beachten, dass der schnellere Anstieg der Motorkühlmittelaustrittstemperatur bei Drosselung des Gesamtkühlmitteldurchsatzes durch den Motor dazu führt, dass der Fahrzeugkühler 8 aufgrund zu hoher Kühlmittel- oder Bauteiltemperaturen bzw. aufgrund zu hohen Kühlmitteldruckes früher geöffnet werden muss als mit hohem Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor. Oben wurde bereits ausführlich beschrieben, dass je nach Motor und je nach Motorlast trotz dieser früheren Wärmeabgabe am Fahrzeugkühler 8 mit der Drosselung des Gesamtkühlmitteldurchsatzes durch den Motor eine Kraftstoffverbrauchseinsparung erzielbar ist. Insbesondere macht bei manchen Hochleistungsmotoren erst diese Vorgehensweise unter der damit implizit einhergehenden Bereitstellung einer besonders hohen Kühlreserve ein Arbeiten mit angehobenen Kühlmittel- und Brennraumwand- und damit auch Zylinderlaufbahntemperaturen möglich. In diesem Zusammenhang liefert das erfindungsgemäße Gesamtsystem gemäß 9 mit separatem Ventil 6bv den besonderen Vorteil, dass unter Verzicht auf etwas Kühlreserve mittels einer leichten Erhöhung des Bypassvolumenstroms von beispielsweise 2 l/min auf 4–6 l/min eine signifikante Anhebung der Motorkühlmitteleintrittstemperatur ohne spürbare Rückwirkung auf die Fahrzeugkühlerdurchströmung möglich wird und ohne dass der Wärmeübergangskoeffizient im Wassermantel auf den vollen Wert konventioneller Systeme, d.h. bei offenem Bypasszweig, ansteigt.
Diese Vorgehensweise ist insbesondere dann oftmals vorteilhaft, wenn Ölkühler 30 und/oder 40 verfügbar sind, um anstelle der Wärmeabgabe am Fahrzeugkühler 8 das im Warmlauf normalerweise zunächst noch unterkühlte Öl aufzuheizen. Dies ist zum einen umsetzbar mit Ölkühlern, die das Kühlmittel am Motoraustritt entnehmen, wenn auch mit gewissen Abstrichen aufgrund des beschriebenen Zusammenhangs von Kühlmitteldurchsatz und Wärmeübergang am Ölkühler einerseits und am Wassermantel der Zylinderlaufbahn andererseits.
Zum anderen ist es aber ganz besonders günstig, die Einbindung der Ölkühler so vorzunehmen wie in 9, d.h. mit Kühlmittelentnahme am Motoreintritt, da damit ein sehr hoher Kühlmitteldurchsatz und Wärmeübergang in den Ölkühlern bei moderatem Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor realisiert werden kann. Hinzu kommt eine gewisse Kühlreserve bezüglich des Motoröls, welches bei längerer Fahrt auch in manchen Motorteillastbetriebspunkten durchaus auch gekühlt werden muss. Die starke Ankoppelung an die Motoreintrittstemperatur erweitert hier insbesondere den Spielraum, das Kühlmittel bzw. die Zylinderlaufbahntemperatur auf hohem Niveau zu halten ohne eine Überhitzung des Motor- oder Getriebeöls zu riskieren.
Auch an diesen Ausführungen wird deutlich, dass es vielfältige Gründe gibt, eine separate Ansteuerung des Bypassventils 6bv durch die Motorsteuerung 16 vorzunehmen, unabhängig von der Ansteuerung bzw. thermostatischen Verstellung des Kühlerventils 6av bzw. 6. Insbesondere kommt bei nur grob oder nur digital auf/zu verstellbarem Zusatzventil 6bv dem Heizungsventil 2 oder einem entsprechenden Regelorgan im Heizungszweig 4a nicht nur bei Wärmeentnahme am Heizungswärmetauscher 4 eine sehr weitreichende Bedeutung zu, sondern auch ohne Wärmeentnahme. So ermöglicht es bei der Anwendung des neuen Drehschiebers gemäß Pos. 5 in 10 und 11 erst die gleichzeitige Variation des Heizungsdurchsatzes – trotz der synchronen Verstellung des Drehschiebers im Kühlerzweig 6a und im Bypasszweig 6b – die Kühlmittelströmung bedarfsgerecht zu variieren, so dass der Motorgesamtkühlmitteldurchsatz z.B. gegen Ende des MVEG in begrenztem Maße angehoben wird, ohne dass der Durchsatz und die Kühlleistung des Fahrzeugkühlers 8 ungewollt erhöht werden. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, das Einstellungsverhältnis von Bypassöffnung zu Kühleröffnung des Drehschiebers in Stellungen gemäß Pos. 5 über einen möglichst weiten Drehwinkel beizubehalten, so dass in einem weiten Regelbereich eine reduzierte Wärmeabfuhr am Fahrzeugkühler 8 bei geringem Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor eingestellt werden kann. Insbesondere ist es mit diesem Einstellungsverhältnis von Bypass- zu Kühleröffnung in der Betriebsart gemäß Pos. 5 sehr hilfreich, dass selbst bei sehr hohem Überschuss an Kühlkapazität des Fahrzeugkühlers kein Thermoschock am Motoreintritt eintreten kann.
Erst die beschriebene Möglichkeit, bereits kleinste Kühlmittelmassenströme im Kühler- und Bypasszweig definiert zu mischen und synchron zu erhöhen bzw. zu reduzieren, liefert letztlich den erforderlichen Spielraum, um in vielen Teillastbetriebspunkten und insbesondere im MVEG mittels der Verstellung des Heizungsdurchsatzes eine bedarfsgerechte Feindosierung des motorinternen Kühlmitteldurchsatzes mit und ohne Wärmeabfuhr am Fahrzeugkühler 8 vorzunehmen.
Es wurde bereits mehrfach darauf hingewiesen, dass die einzelnen Systemdiagramme zumeist einen Maximalumfang an Komponenten und Eingriffsmöglichkeiten zeigen und dass bei Entfall einzelner Komponenten bzw. Eingriffsmöglichkeiten zugunsten einer Absenkung der absoluten Fahrzeuggesamtkosten nicht nur die Erfüllung der erfindungsgemäßen Aufgabe dennoch möglich ist, sondern sich teilweise auch das Kosten/Nutzen-Verhältnis verbessert. In diesem Zusammenhang ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise insbesondere dann von sehr großem wirtschaftlichem Interesse, wenn mit minimalen Eingriffen in bereits am Markt etablierte Systeme zumindest wichtige Teilaspekte umgesetzt werden können. Bereits unter Verzicht auf die in den verschiedensten Varianten beschriebenen Methoden, um die Kühlmitteltemperatur in der Teillast temporär anzuheben und mittels eines schnell reagierenden Ventils 6bv sehr schnell auf eine erhöhte Kühlwirkung umzuschalten, lässt sich mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Methoden eine kosteneffektive Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs erzielen, insbesondere mit und ohne Heizungsaspekte. Dies gilt insbesondere in der Motorteillast während des Motorwarmlaufs bis zum Erreichen von Kühlmitteltemperaturen deutlich unterhalb üblicher Volllastkühlmitteltemperaturen von beispielsweise 85°C. Speziell in der Diskussion von 1–8 ist dies auch in dieser Fortsetzungsanmeldung bereits mehrfach angeklungen.
Ein weiteres Beispiel, welches unter Nutzung des erfindungsgemäßen Gedankengutes ein bestehendes Kühl- und Heizsystem durch minimale Eingriffe in seinem Nutzen erheblich erweitert, zeigt 12. Hier ist der motoraustrittseitige Kühlerthermostat 6 durch einen Dreitellerthermostaten 6 ersetzt, mit einem Kühlerteller 6t1, einem ersten Bypassteller 6t2 und einem zweiten Bypassteller 6t3. Ein derartiger Dreitellerthermostat ist jüngst das erste mal in einer Serienanwendung zum Einsatz gekommen, ohne jedoch die erfindungsgemäßen Maßnahmen zu nutzen. Dabei ist das Dehnstoffelement des Dreitellerthermostaten in der Serienanwendung zusätzlich elektrisch beheizbar, was gegebenenfalls auch in 12 zusätzlich erfolgen kann, aber nicht zwingend notwendig ist. Im Gegensatz zur bekannten Serienanwendung erfolgt die Einbindung des Motorölkühlers 30 unter Rückführung an der Position 7e, d.h. der Ölkühler ist auch dann durchströmt, wenn der erste Bypassteller 6t2 noch geschlossen ist. Durch diese spezifische Einbindung des Ölkühlers 30 wird es möglich, mittels des von der Motorsteuerung 16 angesteuerten Heizungsventils 2 und/oder des optionalen ebenfalls von der Motorsteuerung 16 angesteuerten Zusatzventils 6cv im Zusatzbypasszweig 6c den Zeitpunkt der Motordurchströmung und daran gekoppelt der Ölkühlereinbindung frei zu wählen. Mit anderen Worten nicht die allmähliche Erwärmung des Dehnstoffelementes im Dreitellerthermostaten auf beispielsweise 60°C triggert den Zeitpunkt der ersten Motordurchströmung und der Einbindung des Ölkühlers, sondern es kann dieser Zeitpunkt bei Bedarf mittels der Motorsteuerung 16 vorverlegt werden.
Im einfachsten Fall weist hier das erfindungsgemäße System keinen Bypasszweig 6c auf und auch keinen Getriebeölkühlerzweig 6e und sogar das Thermostatventil 6dv im Motorölkühlerzweig 6d könnte unter Inkaufnahme gewisser Verluste entfallen.
Mit einem dennoch vorzugsweise im Ölkühlerzweig angeordneten Thermostatventil 6dv ist im MVEG das Heizungsventil 2 zunächst geschlossen und damit der Ölkühler 30 weitgehend deaktiviert. Ab beispielsweise 55°C öffnet dann das Heizungsventil und stellt zunächst eine weitgehende Homogenisierung der Kühlmitteltemperaturen her und öffnet dann beispielsweise bei 60°C das Thermostatventil 6dv und stellt somit die Aktivierung des Ölkühlers 30 zur Motorölerwärmung bei reduziertem Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor sicher. Hieran ist nicht nur eine Zunahme der Öltemperatur gekoppelt, sondern auch eine Verzögerung der Öffnung des ersten Bypasstellers 6t2, da das warme Kühlmittel am Motoraustritt über den Heizungszweig zum Motoreintritt und zum Ölkühler transportiert wird. Gleichzeitig ist die Temperatur der Zylinderlaufbahn aufgrund eines relativ geringen Gesamtkühlmitteldurchsatzes durch den Motor und aufgrund der fehlenden Wärmeentnahme am Heizungswärmetauscher 4 auch nach Öffnen des Heizungszweigs ähnlich hoch wie bei der bekannten Serienanwendung mit in der frühen Warmlaufphase weitgehend stehendem Kühlmittel. Insbesondere stellt eine temporäre Anhebung des Heizungskühlmitteldurchsatzes in vorübergehenden Phasen mit erhöhter motorseitiger Wärmezufuhr zum Kühlmittel sicher, dass die Temperaturgrenze für das erste Öffnen des ersten Bypasstellers 6t2 nicht überschritten wird. Damit wird vermieden, dass der erste Bypassteller 6t2 zu früh auf einen Betrieb mit erhöhtem motorinternen Kühlmitteldurchsatz umschaltet. Bevorzugt wird in diesem Zusammenhang zusätzlich die Öffnungstemperatur des ersten Bypasstellers 6t2 von den 60°C der bekannten Serienanwendung auf beispielsweise 75°C vorgenommen.
Ein derartiges System wird bereits im MVEG einen besseren Kraftstoffverbrauch aufweisen als die bekannte Serienanwendung mit Dreitellerthermostaten.
Wird im MVEG der Wärmetransport vom Motoraustritt zum Motoreintritt anstelle des Heizkreislaufs mit einem Zusatzbypasszweig 6c und einem Zusatzventil 6cv gesteuert, so lässt sich zusätzlich die wärmeaktive Masse des Heizungszweigs 4a im MVEG auf den wesentlich kleineren Wert des Zusatzbypasszweigs 6c reduzieren. Anstelle des von der Motorsteuerung 16 angesteuerten Ventils 6cv im Zusatzbypasszweig 6c kann wiederum auch nur ein Ventil 6dv im Motorölkühlerzweig 6d die Aktivierung des Ölkühlers 30 übernehmen. Der Zusatzbypasszweig 6c ist dann permanent durchströmt und das wahlweise von der Motorsteuerung 16 oder thermostatisch angesteuerte Ventil 6dv übernimmt dann die zeitgerechte Aktivierung des Ölkühlers 30 während des Warmlaufs, z.B. ab 60°C Kühlmitteltemperatur am Motoraustritt.
Vor diesem Hintergrund ist die beschriebene Vorgehensweise unter Zugrundelegung von Derivaten der 12 bereits im MVEG nutzbar. Dies gilt ganz speziell für die Anwendung von Dreitellerthermostaten mit luftseitiger Regelung der Heizung und Klimaanlage, die zur vollen Nutzung des Kraftstoffeinsparpotentials des Dreitellerthermostaten ohnehin ein Ventil zum Abschalten der Heizungsdurchströmung benötigen. Bereits ohne Taktung dieses Ventils 2 ergibt sich angesichts der obigen Ausführungen mit der erfindungsgemäßen Einbindung und Ansteuerung der Ölkühler bereits eine Verbesserung, erst recht aber mit einer nur mit minimalem Zusatzaufwand verbundenen Taktung des Heizungsventils 2.
Selbst wenn in 12 das Heizungsventil 2 permanent geschlossen bleibt und der Zusatzbypasszweig 6c sowie der Getriebeölzweig 6e sowie das Motorölkühlerventil 6dv entfallen, ist die erfindungsgemäße Einbindung des Ölkühlers 30 noch vorteilhaft im Vergleich zur Ölkühlereinbindung am Dreitellerthermostaten der beschriebenen Serienanwendung: Bei geschlossenem erstem Bypassteller 6t2 wird dann in der ersten Warmlaufphase lokal Kühlmittel im Kurzschluss um die Motorkühlmittelpumpe 7 durch den Ölkühler 30 gefördert und erwärmt diese Kurzschlusszone maximal auf die Motoröltemperatur. Dabei ist klar, dass bei Bedarf ein zusätzliches Ventil 6dv hilfreich ist, um diese wärmeaktive Masse in den ersten Minuten des Warmlaufs zu reduzieren. Ein leichtes Öffnen des ersten Bypasstellers 6t2 im weiteren Warmlauf führt mit und ohne Ventil 6dv sofort zu einem relativ starken Wärmetransport vom Motoraustritt zum Motoreintritt und über den hohen Kurzschlusskühlmitteldurchsatz im Ölkühler 30 zu einem erheblichen Wärmeübergang an das Motoröl. Speziell der durchflussbedingt sehr hohe Wärmeübergang an das Motoröl führt dazu, dass sich die Motoraustrittstemperatur nur noch deutlich langsamer erhöht als vor der Einbindung des Ölkühlers 30, d.h. der erste Bypassteller 6t2 öffnet nur sehr wenig, u.U. schließt er sogar nach dem ersten Öffnen wieder vorübergehend. Durch diese besonders starke Ankopplung der Motoröltemperatur an die Kühlmitteltemperatur selbst bei gleichzeitig relativ geringem Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor führt die erfindungsgemäße Einbindung des Ölkühler 30 dazu, dass der erste Bypassteller 6t2 nur sehr langsam öffnet und der Kühlmittelgesamtdurchsatz durch den Motor auf stark reduziertem Niveau bleibt.
Dabei bedeutet der Öffnungszeitpunkt des ersten Bypasstellers von beispielsweise ca. 60°C in der heutigen Serie bzw. bzw. von bevorzugt ca. 75°C bei einigen Varianten des erfindungsgemäßen Vorgehens einen relativ großen Sicherheitsabstand bezüglich der maximal zulässigen Temperaturen und Drücke im Motor und im Kühlsystem, so dass das Vorhalten einer Kühlreserve hier weniger im Vordergrund steht als bei vielen anderen Varianten des erfindungsgemäßen Vorgehens. Insbesondere steht aus diesem Grund auch nicht die Möglichkeit des schnellen Öffnens des Bypasszweigs 6b mittels der Motorsteuerung 16 im Vordergrund. Vielmehr genügt hier eine automatische Druckentlastung des ersten Bypassventiltellers 6t2 bei hoher Motordrehzahl und damit hoher Druckdifferenz an der Motorkühlmittelpumpe 7. Eine einfache Federmechanik reicht hier bereits i.a. aus und stellt dabei automatisch auch eine Absicherung bezüglich des plötzlichen Übergangs auf Nennleistung dar. Dabei steht natürlich auch hier gegebenenfalls der Heizungszweig 4a für die aktive Feinregulierung des Motorgesamtkühlmitteldurchsatzes zur Verfügung.
Die oben in Bezug auf den MVEG beschriebenen Kraftstoffeinsparvarianten können angesichts der ausführlichen Dokumentation des erfindungsgemäßen Gedankengutes auch mit Ausgestaltungen gemäß 12 sehr gut auf den Betrieb mit Heizleistungsentnahme übertragen werden.
In der einfachsten Variante ohne Zusatzbypasszweig 6cv und ohne Motorölkühlerventil 6dv und ohne Getriebeölkühlerzweig 6e bedeutet hier die Durchströmung des Heizungszweigs 4a mit über das Ventil 2 zusätzlich gedrosseltem Kühlmitteldurchsatz wiederum die vielbeschriebene Absenkung der effektiven wärmeaktiven Masse im Heizungszweig und innerhalb des Motors einschließlich des Motoröls.
Wird dabei der Kühlmitteldurchsatz im Heizungszweig soweit gedrosselt, dass die Kühlmitteltemperatur am Heizungsrücklauf gleich der Motoröltemperatur ist, so bedeutet dies nicht nur eine Absenkung der effektiven wärmeaktiven Masse im Heizungszweig 4a sondern ist gleichzeitig gleichbedeutend mit einer Deaktivierung des Motorölkühlers 30 mittels eines Ventils 6dv. Erst die überlagerte Kontrolle der Kabinentemperatur mittels wasserseitiger Regelorgane 2 und luftseitiger Regelorgane 5 macht hier das Anfahren dieses Betriebspunktes ohne Schwankung in der Kabinentemperatur möglich.
Relativ zu diesem Betriebspunkt führt eine stärkere Drosselung des Heizungsdurchsatzes bei gleicher Heizleistungsentnahme dazu, dass der Ölkühler 30 Wärme vom Öl ins Kühlwasser überträgt. Dies erhöht die Motorkühlmitteleintrittstemperatur und hilft bei Bedarf eine allzu große Temperaturspreizung am Motor aufgrund des geringem Kühlmittelgesamtdurchsatzes zu vermeiden und ist insbesondere günstig für die in der Motorteillast aus Kraftstoffverbrauchsgründen erstrebenswerte Anhebung der Brennraum- bzw. Zylinderlaufbahntemperaturen. Dabei führt die Wärmeentnahme aus dem Motoröl insbesondere dazu, dass die mit dem Motoröl in Berührung kommenden Zonen des Motors, d.h. fast der gesamte Motor, mit Ausnahme der brennraumnahen Zonen etwas weniger weit aufgeheizt werden und somit das Kühlmittel zum Motoraustritt hin schneller erwärmt wird, verbunden wiederum mit Vorteilen bezüglich der Heizung und mit der Zusatzoption, nach Erreichen hinreichend hoher Motorkühlmittelaustrittstemperaturen auch den Frischluftmassenstrom der Heizung etwas abzusenken und somit zusätzlich für weniger Wärmeentnahme aus dem Motorkühlkreislauf zu sorgen. Das unter diesen Randbedingungen etwas kältere Motoröl kostet im Gegenzug etwas zusätzliche Reibleistung. In Summe ergibt sich jedoch – in Verbindung mit der Reibleistungseinsparung an der Zylinderlaufbahn und in Verbindung mit der im Warmlauf verbesserten innermotorischen Verbrennung aufgrund der höheren Teillastbrennraumtemperaturen – nicht nur eine verbesserte Heizung sondern vielfach auch bereits hier ein verbesserter Kraftstoffverbrauch. Darüber hinaus wird speziell bei Fahrzeugen mit Zuheizern deren Einschaltdauer reduziert, was eine ganz erhebliche zusätzliche Einsparung an Kraftstoffverbrauch bedeutet. In vielen Fällen kann mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise der Zuheizer sogar ganz eingespart werden, speziell wenn Hochleistungsheizungswärmetauscher mit guter Effizienz auch bei kleinem Kühlmitteldurchsatz zum Einsatz kommen.
Bei einem Überschuss an Heizpotential wird der Kühlmitteldurchsatz im Heizungszweig 4a so erhöht, dass die Rücklauftemperatur im Heizungszweig 4a höher ist als die Motoröltemperatur und damit das Motoröl erwärmt wird. Auch dies ist wiederum möglich, da die luftseitige Regelung 5 der Kabinentemperatur parallel zur Erhöhung des Kühlmitteldurchsatzes im Heizungszweig 4a die Kabineneintrittstemperatur der Luft definiert. Selbst ein vollständiges Öffnen des Heizungszweigs führt noch zu einem deutlich geringeren Kühlmittelgesamtdurchsatz durch den Motor als ein Öffnen des Bypasszweigs 6b. Speziell die Einbindung des Ölkühlers 30 bzw. 40 in 12 führt hier wiederum dazu, dass der erste Bypassteller 6t2 des Dreitellerthermostaten im Warmlauf mit Heizleistungsentnahme deutlich später öffnet als bei der bekannten Serienanwendung. In diesem Zusammenhang bleibt festzuhalten, dass ausgehend von 12 eine Einbindung des Rücklaufs des Ölkühlers 30 am motorseitigen Vorlauf des Dreitellerthermostaten auf den ersten Blick günstiger erscheinen mag, da der erste Bypassteller 6t2 den Ölkühler in der ersten Phase des Warmlaufs deaktiviert, was im Fall ohne Ölkühlerventil 6dv in den ersten Minuten des Warmlaufs mit und ohne Heizung gewisse Vorteile bringt. In dieser Kombination mit dem Dreitellerthermostaten ist es zur Aktivierung des Motorölkühlers 30 notwendig den Zusatzbypassteller 6t2 zu öffnen. Nicht nur das unveränderliche Temperaturniveau für diese Öffnung ist hier jedoch nachteilig, sondern ganz besonders die Tatsache, dass eine brauchbare Durchströmung des Motorölkühlers 30 nur dann erzielbar ist, wenn der erste Bypassteller 6t2 weitgehend geöffnet ist und somit ein sehr hoher motorinterner Kühlmitteldurchsatz vorliegt.
Wie bereits im MVEG ist es auch mit Heizleistungsentnahme am Heizungswärmetauscher 4 in Bezug auf den Variationsspielraum besonders vorteilhaft, wenn mittels eines thermostatischen oder von der Motorsteuerung 16 angesteuerten Ventils 6dv und/oder 6ev eine bedarfsgerechte Einbindung der Ölkühler 30 und/oder 40 erfolgt.
Analoges gilt für den optionalen Zusatzbypasszweig 6c mit und ohne Zusatzventil 6cv und insbesondere für die Möglichkeit, mittels der Motorsteuerung 16 über das Zusatzventil 6cv die Aktivierung des Motorölkühlers 30 unter Entfall des Ventils 6dv vorzunehmen.
Im praktischen Fahrbetrieb mit und ohne Heizleistungsentnahme am Heizungswärmetauscher wird angesichts der obigen Ausführungen deutlich, dass es sehr hilfreich ist, wenn die Möglichkeit besteht, den Heizungsdurchfluss aktiv mittels der Motorsteuerung 16 zu beeinflussen. Wie bereits in der Ursprungsanmeldung bleibt aber auch für die Fortsetzungsanmeldung festzuhalten, dass Teilaspekte des erfindungsgemäßen Gedankengutes bereits mittels der Basisauslegung des Kühlsystems und einer entsprechend kleinen Dimensionierung des Heizungsdurchflusses relativ zum Durchfluss im Bypasszweig 6b umgesetzt werden können. Dies gilt insbesondere für eine Vielzahl von Heizungswärme tauscherbauarten, ganz besonderes aber für Hochleistungsheizungswärmetauscher mit hoher Effizienz bereits bei geringem Kühlmitteldurchfluss. Wie ebenfalls bereits beschrieben wurde, ist es speziell bei Hochleistungswärmetauschern vielfach sogar vorteilhaft, den Kühlmitteldurchsatz losgelöst von der Motorsteuerung 16 thermostatisch so zu drosseln, dass die Heizungsrücklauftemperatur stets bei ca. 20–30°C liegt. Dabei hängt es nicht zuletzt vom Fahrzeuglastenheft ab, d.h. insbesondere von den Entwicklungszielen bezüglich Kraftstoffersparnis, Heizleistung und Kosten, ob ein Zusatzbypasszweig 6cv oder ein Eingriff zur Dosierung des Durchsatzes im Bypasszweig 6b überflüssig ist oder nicht.
Analoges gilt für den überlagerten Regeleingriff 2 im Kühlwasserzweig 4a und 5 im Luftzweig 21/22 der Heizung. So kann z.B. unter Verzicht auf das Maximalpotential bezüglich der Kraftstoffeinsparung und/oder der Heizleistung oder unter weitgehender Beschränkung des Lastenhefts auf die Kraftstoffersparnis im MVEG oder unter Beschränkung auf eine maximale Heizwirkung, bis hin zum Entfall des PTC, der Heizungszweig auch ohne diese überlagerte Regelung besonders kosteneffzient und wirksam sein.
Ist z.B. das Ventil 2 im Heizungszweig 4a nicht regelbar und kann, z.B. aus Lebensdauergründen, auch nicht getaktet werden, so ist letztlich wiederum die luftseitige Regelung 5 im Heizbetrieb für die Regelung der Kabinentemperatur zuständig, nun jedoch ohne parallele Verstellung des Kühlmitteldurchsatzes im Heizungszweig.
Dennoch kann z.B. in 12 der Zusatzbypasszweig 6cv auch bei stets offenem Heizungszweig 4a speziell bei hoher Heizleistungsentnahme dazu verwendet werden, temporär zwischen einer Betriebsart mit motorölseitigem Wärmeentzug am Ölkühler 30 und einer Betriebsart mit motorölseitiger Wärmezufuhr am Ölkühler 30 umzuschalten. Damit besteht insbesondere die aktive Möglichkeit, mittels der Motorsteuerung 16 die Kabinenheizleistung temporär zu steigern und bei einem Überschuss an Kabinenheizpotential in eine kraftstoffverbrauchsgünstigere Betriebsart unter Nutzung des Ölkühlers 30 umzuschalten. Dies gilt ganz besonders für Hochleistungswärmetauscher 4 mit bereits relativ geringem Basiskühlmitteldurchsatz.
Steht ausschließlich die maximale Heizleistung im Vordergrund, so kann der Zusatzbypasszweig 6c sogar komplett entfallen. Ohne Ventil 6dv ergibt sich dann in der ganz frühen Warmlaufphase ein gewisser Nachteil, weil es speziell bei relativ hohem Heizungsdurchsatz etwas länger dauert, bis die Öltemperatur höher ist als die Heizungsrücklauftemperatur. Eine geeignete Auswahl eines Heizungswärmetauschers für etwas kleinere Basisdurchsätze oder ein Ventil 6dv können hier aber leicht sicherstellen, dass sich die Heizleistung dadurch zusätzlich verbessert, dass nach einigen Minuten Fahrdauer Wärme vom Motoröl ins Kühlmittel übertragen wird. Hinzu kommt jeweils der große Vorteil durch das Geschlossenhalten des Bypasszweigs 6b, das ganz grundsätzlich eine Verbesserung der Heizwirkung bewirkt, indem es den Kühlmittel- und Bauteiltemperaturgradienten über dem Motor anhebt.
Um bei dieser Anwendung gemäß 12 ohne Zusatzbypasszweig 6c und ohne Ventil 2 gleichzeitig den Kraftstoffverbrauch und die Heizleistung zu verbessern, ist insbesondere ein Thermostatventil 6dv sehr kosteneffizient, welches beispielsweise ab 60°C öffnet. Damit ist im Heizbetrieb der Ölkühler in der ganz frühen Warmlaufphase deaktiviert was zunächst eine gewisse Verbesserung für die Heizung und den Kraftstoffverbrauch in den ersten Minuten des Warmlaufs darstellt. Im weiteren Warmlauf mit voller Heizleistung bedeutet das geschlossene Ventil 6dv bis zum Erreichen von 60°C Kühlmittelrücklauftemperatur dann, dass je nach Differenz zwischen Rücklauftemperatur und Öltemperatur entweder ein Teil des Verbesserungspotentials bezüglich der Heizleistung oder des Kraftstoffverbrauchs verloren geht. Heizungsrücklauftemperaturen von 60°C und mehr werden bei Fahrten mit hohem Heizbedarf und geringer Motorlast relativ lange nicht erreicht, so dass der Motorölkühler 30 bei Heizleistungsdefizit weitgehend deaktiviert ist. Eine Rücklauftemperatur von 60°C oder mehr bedeutet hingegen erfahrungsgemäß, dass die Kabine bereits gut beheizt wird und kein Heizungsdefizit mehr vorliegt. Somit stellt hier ein Thermostatventil 6dv speziell bei Heizleistungsdefizit einen kostengünstigen Kompromiss bezüglich der Verbesserung der Heizleistung und der Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs dar. Dies ist insbesondere auch deshalb besonders kosteneffektiv, weil dieses Thermostatventil 6dv auch im MVEG und sonstigem Betrieb mit überschüssiger Wärme für Heizzwecke und/oder reduziertem Heizbedarf eine zeitgerechte Einbindung der kraftstoffverbrauchsmindernden Ölerwärmung mittels des Ölkühlers 30 bewirkt.
Bei aller Kosteneffizienz dieses Beispiels wird anhand dieses Beispiels aber auch einmal mehr deutlich, dass eine feine Dosierbarkeit oder gar eine mittels Hochleistungswärmetauschern permanente Absenkung des Kühlmitteldurchsatzes im Heizungszweig 4a den Nutzungsspielraum bezüglich der freien Umschaltbarkeit in kraftstoffverbrauchsorientierte bzw. heizleistungsorientierte Betriebsarten erheblich erweitert. Ganz besonders im Wechselspiel mit dem temporären Verschließen des Bypasszweigs 6b, bevorzugt mit freier Ansteuerbarkeit eines Zusatzbypasszweigs 6c und/oder des Bypasszweigs 6b mittels der Motorsteuerung 16, führt die Einbindung der Ölkühler wie z.B. in 7 oder 12 gezeigt zu einem erheblichen Zusatznutzen.
Ein Teil dieses Zusatznutzens lässt sich insbesondere auch dann noch umsetzen, wenn anstelle einer luftseitigen Regelung eine wasserseitige Regelung der Kabinentemperatur erfolgt. Ausgehend von 12 bedeutet eine wasserseitige Regelung den Entfall der luftseitigen Regelklappe 5, d.h. mit der Veränderung des Kühlwasserdurchsatzes im Heizungszweig 4a geht zwangsläufig eine Veränderung der momentanen Wärmeübertragung am Heizungswärmetauscher 4 und der Kabinenheizwirkung einher.
Im MVEG kann unter diesen Randbedingungen das Ventil 2 dazu verwendet werden, den Kühlmitteldurchsatz durch den Motor im Warmlauf zu unterbinden. Im einfachsten Fall, d.h. bei Entfall des Zusatzbypasszweigs 6c, des Getriebeölkühlerzweigs 6e und des Motorölkühlerventils 6dv führt nun das Schließen des Heizungsregelventils 2 dazu, dass der Motor nach einem Kaltstart zunächst nicht vom Kühlmittel durchströmt wird. Es fließt dann lediglich ein Kurzschlussstrom vom Pumpenaustritt durch den Ölkühler 30 zum Pumpeneintritt 7e, mit nur relativ geringem Wärmeentzug aus dem Motoröl zur Aufheizung des Kurzschlussbereichs um die Motorkühlmittelpumpe 7. Nachdem das Kühlmittel am Motoraustritt bzw. am Dehnstoffelement des Dreitellerthermostaten 6 die Thermostatöffnungstemperatur für den ersten Bypassteller 6t2 von beispielsweise 60°C erreicht hat, wird der erste Bypassteller 6t2 bzw der Bypasszweig 6b leicht geöffnet, d.h. es wird Wärme vom Motoraustritt zum Motoreintritt und zum Ölkühler 30 transportiert. Der motorinterne Temperaturausgleich und die Wärmeabgabe ans Motoröl führen dazu, dass die Motoraustrittstemperatur zunächst sehr nahe an die 60°C Öffnungstemperatur heran regelt, d.h. der Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor bleibt klein. Eine Einbindung des Ölkühlers 30 mit Kühlmittelrücklauf an der gleichen Position zwischen dem Motoraustritt und dem Dreitellerthermostaten wie bei der bereits mehrfach erwähnten Serienanwendung des Dreitellerthermostaten, hätte im Gegensatz hierzu eine schnellere Zunahme der Motorkühlmittelaustrittstemperatur und eine stärkere Öffnung des Bypasszweigs 6b zur Folge. Der Grund hierfür liegt im kleineren Wärmeübergang ins Motoröl aufgrund des wesentlich geringeren Kühlmitteldurchsatzes durch den Ölkühler 30. Dieser geringere Ölkühlerdurchsatz ergibt sich wiederum aus der hydraulisch parallelen Anordnung von Ölkühler und Motor sowie dem für gute Motorkühlung unabdingbar wesentlich größeren Druckverlust im Ölkühler. Erst wenn der erste Bypassteller 6t2 weitgehend geöffnet ist, ergibt sich ohne die erfindungsgemäße Einbindung des Ölkühlers 30 ein bezüglich der Ölerwärmung einigermaßen ausreichender Kühlmitteldurchsatz durch den Ölkühler 30.
Im Verlauf des Warmlaufs ist zu berücksichtigen, dass nun der Heizungszweig 4a nicht mehr zur freien Schaltung des Wärmeübergangs am Ölkühler 30 mittels der Motorsteuerung 16 verwendet werden kann. Nur in Betriebssituationen mit Heizungsdefizit kann er noch dazu verwendet werden, die Heizleistung gegebenenfalls dadurch zu steigern, dass der Kühlmitteldurchfluss so weit abgesenkt wird, dass die Gewinne aus der erfindungsgemäßen Reduktion der wärmeaktiven Massen des Motors, des Kühlmittels und des Motoröls die Verluste aufgrund des Abfalls des Wärmenutzungsgrades am Heizungswärmetauscher bei Reduktion des Kühlmitteldurchsatzes überkompensieren. Umgekehrt liefert die wasserseitige Regelung der Kabinentemperatur bei Heizungsteillast zwangsläufig sehr häufig Kühlmittelrücklauftemperaturen, die deutlich unterhalb der Motoröltemperatur liegen. Der Dreitellerthermostat nach der modifizierten 12 liefert hier wiederum in Verbindung mit der spezifischen Ölkühlereinbindung zumindest vorübergehend, d.h. ab ca. 60°C Motoraustrittstemperatur des Kühlmittels, annähernd den Wunschzustand mit reduziertem Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor und dennoch gutem Wärmeübergang ans Motoröl. Nach dem teilweisen Öffnen des ersten Bypasstellers 6t2 stellt sich auch hier die besonders vorteilhafte Betriebsart mit kalter Heizungsrückleitung und dennoch warmem Kühlmittel am Motoreintritt sowie am Ölkühler 30 ein, ohne dass dies mit einem viel zu großen Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor und damit einer Überkühlung der Zylinderlaufbahn und der Brennraumwände erkauft werden muss. Speziell in der unteren Motorteillast in Verbindung mit mittlerer bis starker Kabinenbeheizung befindet sich der Motor hierdurch oftmals sehr lange in dieser Betriebsart mit verbessertem Kraftstoffverbrauch.
Nicht zuletzt vor diesem Hintergrund sind auch Systeme mit wasserseitiger Regelung der Kabinentemperatur – unter teilweisem Verzicht auf das Maximalpotential bezüglich der Heizwirkung und/oder der Kraftstoffverbrauchseinsparung – ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung. Zur expliziten Verdeutlichung eines entsprechenden Ausführungsbeispiels mit besonders geringen Systemkosten zeigt 13, ausgehend von 12, den oben beschriebenen Extremfall mit Entfall der freien Ansteuerbarkeit des Bypasszweigs 6b, Entfall des Zusatzbypasszweigs 6c, Entfall des Getriebeölkühlerzweigs 6e, Entfall des Motorölkühlerventils 6dv sowie Entfall der luftseitigen Kabinentemperaturregelung 5. Nicht zuletzt die durchaus signifikante Kraftstoffeinsparung im MVEG einerseits aber auch im Heiz- und Klimabetrieb andererseits machen dieses System angesichts der geringen Systemkosten sehr attraktiv. Hinzu kommt die Tatsache, dass es ohne grundsätzliche Systemveränderungen an bereits bestehenden Heizungen bzw. Klimaanlagen mit wasserseitiger Temperaturregelung appliziert werden kann. Für Motoren mit austrittseitigem Thermostaten 6 beschränken sich die erfindungsgemäßen Veränderungen im einfachsten Fall auf die Umgestaltung der Ölkühlereinbindung sowie gegebenenfalls die Einführung bzw. Temperaturadaption eines Dreitellerthermostaten.
Trotz dieser primär aus Kostengründen attraktiven Vorgehensweise bleibt abschließend festzuhalten, dass ein von der Motorsteuerung 16 kontrollierter Zusatzbypasszweig 6c bzw. ein von der Motorsteuerung frei feindosierbarer Kühlmitteldurchsatz im Bypasszweig 6b im Normalfall rein funktionell gesehen besser sind, aber auch deutlich kostenaufwändiger.
Darüber hinaus ist speziell im Hinblick auf die Anwendung des erfindungsgemäßen Gedankenguts bei wasserseitiger Regelung der Kabinentemperatur anzumerken, dass die Freiheitsgrade eines von der Motorsteuerung 16 steuerbaren Kühlmitteldurchsatzes im Heizungszweig 4a bei luftseitiger Kabinentemperaturregelung einen so weitreichenden Zusatznutzen liefern, dass im Normalfall der Übergang von wasserseitiger auf luftseitige Temperaturregelung selbst in Verbindung mit den Kosten für das Ventil 2 oder eine andere Durchsatzregelung im Heizungszweig 4a ein außerordentlich gutes Kosten/Nutzenverhältnis aufweist.
Die bisherigen Ausführungen dieser Fortsetzungsanmeldung haben bei den Varianten mit Dehnstoffthermostat i.a. einen Kühlerthermostaten 6 mit jeweils einem Anschluss für den Kühlerzweig 6a und den Bypasszweig 6b als Basis angenommen, bei dem das Öffnen des Kühlertellers über die mechanische Koppelung zumindest ab einem gewissen Öffnungsgrad nach und nach mit zunehmender Öffnung den Bypasszweig 6b mittels des angekoppelten Bypasstellers innerhalb des Kühlerthermostaten 6 verschließt. Die Übertragung des erfindungsgemäßen Gedankenguts ist in weiten Bereichen aber auch auf einfache Dehnstoffthermostaten mit nur einem Teller, d.h. ohne angeflanschten Bypasszweig vorteilhaft möglich. Analoges gilt, wenn z.B. unter Verzicht auf eine Design-Änderung des Thermostatgehäuses einfach der mechanisch angekoppelte Bypassteller weggelassen wird.
Wichtig ist in beiden Fällen, dass ein von der Motorsteuerung 16 ansteuerbares Ventil 6bv bei erhöhtem Kühlbedarf einen Strömungszweig freigibt, der unter Umgehung des Fahrzeugkühlers 8 auf das Dehnstoffelement des Kühlerthermostaten 6 einwirkt. Üblicherweise wird man unter Beibehaltung verfügbarer Designs für Eintellerthermostaten hierzu den ursprünglich für den Heizungs- und Ölkühlerrücklauf vorgesehenen Anschluss verwenden, d.h. einen Anschluss, der bei geöffnetem wie bei geschlossenem Kühlerthermostaten 6 durchströmt wird. 14 und 15 zeigen exemplarisch eine derartige Anwendung des erfindungsgemäßen Gedankengutes mit einem Eintellerthermostaten 6. Der mittels des Ventils 2 über die Motorsteuerung 16 direkt beeinflussbare Rücklauf des Heizungszweigs 4a übernimmt hier die feinfühlige Aktivierung der Wärmeabfuhr im Kühlerkreis 6a mit reduziertem Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor, indem der Beginn des Öffnens des Kühlerthermostaten 6 über die Anpassung der Heizungsrücklauftemperatur definiert wird. In 14 hilft der Zweig 6c insbesondere, um im teilerwärmten Betriebszustand den Regelbereich zusätzlich in Richtung höherer Motorbauteil- und Motoröltemperaturen zu verschieben sowie die Wärmeabfuhr im Kühlerzweig 6a hinauszuzögern.
Je nach Betriebspunkt bzw Lastenheft bezüglich Heizleistung, Kraftstoffverbrauch oder Kosten hilft das optionale Ventil 6cv zusätzlich dabei, das bereits ausführlich beschriebene bedarfsgerechte Timing für den Zeitpunkt der Ölkühlereinbindung im Warmlauf sicherzustellen. In 15 ist der Zusatzbypasszweig 6c komplett entfallen und dennoch liefert das System trotz dieser Kostenminimierung immer noch erhebliche Funktionsvorteile. Diese Vorgehensweise ist bei den Varianten mit Eintellerthermostaten ebenso wie bereits bei den Varianten mit Zweitellerthermostat nicht zuletzt deshalb ohne allzu negative Rückwirkungen auf die Regelgüte der Motorbauteiltemperatur realisierbar, weil die spezifische Einbindung des Motorölkühlers 30 die ebenfalls bereits mehrfach beschriebene Dämpfung potentieller Temperaturregelschwankungen durch temporär relativ kaltes Kühlwasser aus dem Kühlerzweig 6a sicherstellt. Sowohl relativ stark überhitztes als auch stark unterkühltes Kühlwasser im Heizungsrücklauf ist selbst mit der Einfachvariante gemäß 15 in einer Vielzahl von Fahrzeugbetriebszuständen mittels des überlagerten Eingriffes am Ventil 2 und an der Luftregelklappe 5 einstellbar und kann somit erfindungsgemäß zur wahlweisen Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs oder der Heizleistung herangezogen werden werden. Dabei bleibt der Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor auch bei den Anwendungen gemäß 14 und 15 insbesondere auch dann auf deutlich reduziertem Niveau, wenn bereits Wärme am Fahrzeugkühler 8 abgeführt werden muss oder wenn zur Verbesserung der Ölkühlerwirkung der Kühlmitteldurchsatz im Heizungszweig 4a stark angehoben wird.
Die Bereitstellung einer schnell verfügbaren Kühlreserve erfolgt auch hier mittels des teilweisen oder vollständigen Schließens des Bypassventils 6bv. Je nach spezifischer Motorleistung und Ausgestaltung des Heizungskreislaufs kann das Bypassventil 6bv bis hin zu relativ hohen Motorlasten und Motordrehzahlen komplett geschlossen bleiben. Gegebenenfalls erfolgt zur Vermeidung von Kavitation an der Motorkühlmittelpumpe 7 bei hohen Motordrehzahlen eine el. oder federbelastete Öffnung des Bypassventils 6bv. Speziell bei Motoren, die weitgehend ohne Öffnen des Bypassventils 6bv auskommen und auch beim Öffnen nur einen relativ geringen Bypassvolumenstrom benötigen, ist es besonders vorteilhaft, zumindest eine Komponente mit Kühlbedarf so am Motoraustritt anzuschließen, dass sie bei geschlossenem Bypassventil 6bv nicht oder nur mit reduziertem Kühlmitteldurchsatz durchströmt wird und bei geöffnetem Bypassventil mit vollem Kühlmitteldurchsatz. Dies spart in vielen Anwendungen ein Ventil zur separaten Abschaltung in den ersten Minuten des Warmlaufs. Dies ist insbesondere in den Fällen hilfreich, in denen die Kühlwirkung und die effektive wärmeaktive Masse dieser Komponente temporär reduziert werden soll.
Dies ist insbesondere bei der Einbindung von Abgaswärmetauschern oder EGR-Kühlern von Vorteil, weil sich damit deren Nutzungsspektrum erweitern lässt. Ein entsprechendes Anwendungsbeispiel mit EGR-Kühler 100 zeigt 16. Auch die kühlmittelseitige Einbindung eines Abgaswärmetauschers für nicht rückgeführtes Abgas würde in analoger Weise besonders vorteilhaft erfolgen, solange die Bauraumsituation es zulässt.
Bei relativ geringem Kühlmitteldurchsatz durch den EGR-Kühler oder Abgaswärmetauscher lässt sich damit insbesondere die Heizung aufgrund einer erhöhten Vorlauftemperatur verbessern, bei gleichzeitiger Nutzung der motorinternen Vorteile aufgrund des geringen motorseitigen Kühlmittelgesamtdurchflusses. Gleichzeitig stellt das Bypassventil 6bv dann sicher, dass eine lokale Überhitzung des Kühlmittels bei hohem abgasseitigem Wärmeeintrag in allen Motorbetriebspunkten sicher vermieden werden kann. Im gesetzlichen Abgastest bietet die Anordnung gemäß 16 den ganz besonderen Vorteil, dass der EGR-Kühler 100 in der frühen Phase des Warmlaufs mittels der Ventile 2 und 6bv gezielt geschlossen werden kann, was sich durch die Absenkung der EGR-Kühlung in dieser Phase positiv auf die Abgasemissionen auswirkt. Dabei ist speziell bei besonders NOx-kritischen Verbrennungsmotoren zu berücksichtigen, dass im Verlauf des gesetzlichen Abgastests der EGR-Kühler 100 aktiviert werden muss. Dies geschieht angesichts der fehlenden Heizungswärmeentnahme im heutigen Abgastest in der Anwendung gemäß 16 bevorzugt über den feindosierbaren Heizungszweig 4a. Falls das Bypassventil 6bv fein dosierbar ist, kann natürlich auch dieses verwendet werden.
Eine Übertragung dieser speziell für sehr guten Heizkomfort ausgerichteten Variante mit EGR-Kühler gemäß 16 auf die verschiedenen Schaltungsvarianten des Kühlsystems der Ursprungsanmeldung sowie dieser Fortsetzungsanmeldung ist ebenfalls sehr vorteilhaft in Bezug auf die mögliche Verbesserung der winterlichen Heizwirkung. Dabei wird insbesondere davon Gebrauch gemacht, dass im gesetzlichen Abgastest kein Bedarf an Heizleistung besteht und somit zur Einstellung eines hinreichenden Kühlmitteldurchflusses für eine gute Wirksamkeit des EGR-Kühlers bereits das Öffnen des Heizungszweigs 4a genügt. Damit ist der Kühlmittelgesamtdurchfluss durch den Motor in weiten Bereichen des gesetzlichen Abgastests auf einem deutlich abgesenkten Niveau, verbunden mit den beschriebenen Vorteilen bezüglich des Kraftstoffverbrauchs. Speziell der Spielraum, mittels der feinen Variation des Heizungsdurchflusses im Abgastest den EGR-Kühlerdurchfluss zu dosieren und gegebenenfalls in Betriebsphasen mit erhöhtem Kühlbedarf des Motors bzw. des EGR-Kühlers zur Absenkung der NOx-Emissionen einen relativ hohen Kühlmittelgesamtdurchfluss durch den Motor und den EGR-Kühler einzustellen, bis hin zu sehr hohen Durchflusswerten durch Öffnen des Bypassventils 6bv, machen die gezeigte EGR-Kühlereinbindung mit der gleichzeitigen Maximierung des winterlichen Kabinenheizpotentials sehr attraktiv.
Steht die Minimierung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen im gesetzlichen Abgastest im Vordergrund und weniger das maximale winterliche Heizpotential, so ist die Einbindung des EGR-Kühlers parallel oder in Reihe zum Ölkühler, insbesondere zu Ölkühleren 30 gemäß 1, 4–9 und 12–16, besonders günstig.
Dabei lässt insbesondere das große Druckpotential durchaus eine Reihenschaltung des Ölkühlers 30 und des EGR-Kühlers 100 zu, so dass gegebenenfalls das Ventil 6dv oder das Ventil 6cv den Zeitpunkt der effektiven Einbindung des Ölkühlers 30 und des EGR-Kühlers 100 in den Motorkühlprozess vornehmen kann. Wahlweise kann aber auch eine Anordnung des EGR-Kühlers 100 parallel zu den Ölkühlern 30 und 40 erfolgen.
Dabei ist es in beiden Fällen vorteilhaft, wenn der EGR-Kühler zusätzlich eine von der Motorsteuerung 16 schaltbare abgasseitige Bypassregelung aufweist, die den EGR-Abgasstrom unter Umgehung der kühlenden EGR-Wärmetauscherzonen direkt zum Motor leitet. In Phasen mit geringem EGR-Kühlbedarf ist damit insbesondere die wärmeaktive Masse des EGR-Kühlers einschließlich des Kühlwassers besonders gut bezüglich der Kühlung des rückgeführten Abgasstroms deaktivierbar. Gleichzeitig ermöglicht dies eine Minimierung des Überhitzungsrisikos, ganz speziell bei den erfindungsgemäß zumindest temporär sehr kleinen Kühlmitteldurchsätzen. Die abgasseitige Option, die EGR-Kühlwirkung zu deaktivieren, ohne die Abgasrückführung abzuschalten, erweitert hier bereits ganz grundsätzlich den Spielraum, gezielt bestimmte Temperaturfenster für die motorinterne Verbrennung einzustellen. Die spezifische Einbindung des EGR-Kühlers führt jedoch – ebenso wie bei den Ölkühlern – dazu, dass eine gute EGR-Kühler-Wirkung auch bereits bei sehr geringen Gesamtkühlmitteldurchsätzen durch den Motor einstellbar ist.
Dabei liegt es in der Natur der erfindungsgemäßen Vorgehensweise, dass bei geringem Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor relativ hohe Temperaturdifferenzen zwischen Motoraustritt und Motoreintritt resultieren, sobald dem Kühlmittel am Heizungswärmetauscher 4 oder am Fahrzeugkühler 8 Wärme entzogen wird. Die verschiedensten Methoden, mit denen diese Temperaturdifferenz für eine Verbesserung der Kabinenheizung und/oder des Kraftstoffverbrauchs genutzt werden kann und dabei gegebenenfalls möglichst groß gestaltet werden oder aber auch durch eine gewisse Erhöhung des Motorkühlmitteldurchsatzes begrenzt werden muss, wurden bereits hinlänglich beschrieben.
Die Einbindung eines EGR-Kühlers 100 in Reihe oder parallel zu den beispielhaft in 1 und 7 gezeigten Ölkühlern 30 und/oder 40, stellt für das Kühlmittel im Warmlauf sehr bald eine Wärmequelle dar, im Gegensatz zu den Ölkühlern 30 und 40, die im Warmlauf ohne Heizleistungsentnahme i.a. eine Wärmesenke für das Kühlmittel darstellen. Der auslegungsgemäß relativ hohe Kühlmitteldurchsatz durch die Ölkühler bzw. den EGR-Kühler stellt dabei sicher, dass unabhängig vom Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor eine gute EGR-Kühlwirkung erzielt wird. Dies gilt im Warmlauf bereits ohne Heizleistungsentnahme. Von ganz besonderem Vorteil ist es aber, dass mit Heizleistungsentnahme in sehr vielen Fahrbetriebszuständen ein erhöhtes EGR-Kühlpotential verfügbar gemacht werden kann. Speziell vor dem Hintergrund, dass künftige Abgastests u.U. mit eingeschalteter Klimaanlage bzw. eingeschalteter Heizung gefahren werden, bedeutet die erfindungsgemäße Variation des Heizungskühlmitteldurchflusses einen erheblichen Vorteil bezüglich der von der Motorsteuerung einstellbaren Variationsbreite der EGR-Kühlung. Die gleichzeitige Durchströmung des Ölkühlers 30 und des EGR-Kühlers 100 führt bei den auslegungsbedingt relativ hohen Kühlmitteldurchflüssen durch diese beiden Bauteile letztlich dazu, dass sich mit dem Absenken der Heizungsrücklauftemperatur im EGR-Kühler und im Ölkühler eine verstärkte Kühlwirkung auf das rückgeführte Abgas und auch auf das Motoröl einstellt.
Analoges gilt für Fahrzeugbetriebsarten, in denen nur eine relativ geringe Wärmemenge am Fahrzeugkühler 8 abgegeben wird. Speziell bei den bereits beschriebenen Kühlsystemen, die auch in der Lage sind relativ stark unterkühltes Kühlmittel aus dem Fahrzeugkühler 8 zu liefern, ist es zur temporären Maximierung der EGR-Kühlung besonders vorteilhaft, mit den jeweils ursprünglich für die Heißkühlung und für die bedarfsgerechte Anhebung der Motorkühlmitteleintrittstemperatur eingebauten Stellkomponenten, insbesondere das Schließen der Ventile 6bv und 6cv sowie die Begrenzung des Heizungsdurchsatzes, temporär bewusst Betriebszustände herbeizuführen, bei denen bei sehr geringem Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor 1 und den Fahrzeugkühler 8 eine abgesenkte Kühlmitteltemperatur am Motoreintritt und somit am EGR-Kühler vorliegt. Die bewusste Absenkung der Motorkühlmitteleintrittstemperatur in der Teillast ist bei frei ansteuerbaren Ventilen 6av und 6bv unmittelbar möglich, bei motoraustrittseitigen Kühlerthermostaten ergibt sie sich bei entsprechender Drosselung vielfach zwangsläufig und bei motoreintrittseitigen Kühlerthermostaten kann angesichts Ansteuerungs- Freiheitsgrade der erfindungsgemäßen Vorgehensweisen vielfach auch problemlos auch mit Thermostat-Nenntemperaturen deutlich unterhalb 85°C gearbeitet werden. Dabei ist klar, dass eine derartige Vorgehensweise, mit über den Heizungswärmetauscher 4 oder den Fahrzeugkühler 8 deutlich unterkühltem Kühlmittel am Motoreintritt und am Motorölkühler, i.a. nur temporär erstrebenswert ist, da sie bei gleichzeitiger Ölkühlerdurchströmung auf eine in der Motorteillast meist nicht gewünschte Absenkung der Motoröltemperatur führt. Speziell um Grenzwerte bezüglich der gesetzlichen NOx-Emissionen zu erfüllen kann eine derartige Vorgehensweise aber sehr effizient sein. Erfolgt insbesondere die Einbindung des Ölkühlers und des EGR-Kühlers parallel und wird der Ölkühler mit einem Ventil 6dv deaktiviert, sobald die Kühlmitteltemperatur am Motoreintritt bzw. am Ölkühlereintritt einen gewissen Grenzwert unterschreitet, so kann die temporäre Ölabkühlung aber auch hier vermieden werden.
Ausgehend von 1 zeigt in diesem Zusammenhang 17, stellvertretend für diese nicht rein kraftstoffverbrauchs- sondern gleichzeitig emissionsorientierte Art der EGR-Kühlereinbindung, eine besonders wirksame Lösung mit EGR-Kühler 100 parallel zum Motorölkühler 30 und zum Getriebeölkühler 40.
Im gesetzlichen Abgastest ist es bei dieser Anordnung insbesondere vorteilhaft, den Heizungskreislauf 4a zunächst zu schließen. Der Zusatzbypasszweig 6c ist bevorzugt zunächst ebenfalls mit dem Ventil 6cv verschlossen. Damit strömt kein Kühlmittel durch den Motor 1, es liegt lediglich der Kurzschlussstrom der Kühlmittelpumpe 7 durch den EGR-Kühler 100 vor, die beiden Ölkühler sind zunächst thermostatisch mit den Ventilen 6dv und 6ev geschlossen. Selbst mit der preiswerteren EGR-Kühlerbauart ohne abgasseitigen Bypass zur Deaktivierung der EGR-Kühlung liegt mit dieser Konfiguration gemäß 17 eine Teil-Deaktivierung des EGR-Kühlers vor, da nur der Mini-Kurzschluss um den EGR-Kühler herum vom rückgeführten Abgas aufgeheizt werden muss. Der Nachteil zu einem wasserseitig mit einem separaten Ventil komplett abgeschalteten EGR-Kühler ist damit nur relativ klein.
Zur Aktivierung des EGR-Kühlers öffnet mindestens eines der Ventile 6cv, 6dv, 6ev, 2 oder 6bv. Bei zusätzlich abgasseitig abschaltbarer Kühlung des rückgeführten Abgases öffnet gegebenenfalls gleichzeitig die abgasseitige Regelklappe.
Die Dosierung der EGR-Kühlung erfolgt bei zunächst noch geschlossenem Fahrzeugkühlerzweig 6a so, dass kein oder nur ein sehr kleiner Kühlmittelgesamtdurchsatz durch den Motor 1 resultiert. Die wärmeaktive Masse des EGR-Zweigs und des sich nach und nach öffnenden Ölkühlerzweigs 6d einschließlich der Wärmeübertragung ans Motoröl sind angesichts der hohen Kühlmitteldurchflüsse im EGR-Kühler mehr als ausreichend, um zunächst eine potentielle Überhitzung des EGR-Kühlers sicher zu vermeiden. Erreicht die Motoraustrittstemperatur die Öffnungstemperatur des Kühlerthermostaten 6 von beispielsweise 85°C, so beginnt dieser den Fahrzeugkühlerzweig 6a zu öffnen. Gegebenenfalls triggert ein kurzzeitiger Öffnungsimpuls des Bypassventils 6bv den Wärmetransport zum Kühlerthermostaten 6 zur Einleitung des Öffnungsvorgangs. Angesichts des nach wie vor geringen Gesamtkühlmitteldurchsatzes durch den Motor führt das relativ kalte Kühlmittel des Fahrzeugkühlers 8 dazu, dass im Vergleich zu konventionellen EGR-Kühlsystemen ein erheblich niedrigeres Kühlmitteltemperaturniveau zur EGR-Kühlung bereitsteht. Speziell bei relativ geringer EGR-Rate wird sich das Ölkühlerventil 6dv in vielen Betriebspunkten sogar wieder schließen und damit automatisch eine zu starke Unterkühlung des Motoröls bzw. eine unerwünschte Anhebung des ERG-Kühlmitteltemperturniveaus aufgrund eines im Ölkühler 30 erfolgenden Wärmeentzugs aus dem Motoröl unterbinden. Speziell bei NOx-kritischen Motoren ermöglicht es diese Vorgehensweise, mit erhöhten Motorbauteiltemperaturen zu arbeiten. In Bezug auf die Bildung von NOx wird dabei der an die erhöhten Motorbauteiltemperaturen gekoppelten Erhöhung des brennraumseitigen Wärmeeintrags in das Frischgas bzw die Verbrennungszwischenprodukte dadurch entgegengewirkt, dass eine geringere Ausgangstemperatur zum Beginn der Verdichtung und eine erhöhte Menge rückgeführten Abgases vorliegen.
Bei dieser insbesondere für Dieselmotoren gedachten Vorgehensweise mit EGR-Kühlung ist insbesondere zu beachten, dass nicht eine allzu frühe Öffnung des Fahrzeugkühlers 8 zwar die beschriebenen Vorteile bezüglich des NOx liefert, im Gegenzug aber weitreichende Potentiale bezüglich der Minimierung der Reibungsverluste des Motors verschenkt. Die erfindungsgemäße Feinabstimmung des Motorgesamtkühlmitteldurchsatzes mittels des Heizungsventils 2 sowie des optionalen Bypasszweigs 6c mit Zusatzventil 6cv helfen in diesem Zusammenhang erheblich, möglichst wenig Potential zu verschenken.
Im Zusammenhang mit der Absenkung der EGR-Kühlmitteltemperatur wurde bereits mehrfach darauf hingewiesen, dass hier eine thermostatische oder motorsteuerungsseitige Deaktivierung der Motorölkühlerdurchströmung temporär günstiger sein kann als die permanente Einbindung ab einer bestimmten Mindestkühlmitteltemperatur. Mit Blick auf 6 der Ursprungsanmeldung folgt vor diesem Hintergrund, dass es bei starkem bzw. längerem Bedarf bezüglich einer Absenkung der EGR-Kühlmittel-Temperatur besonders vorteilhaft ist, den Kühlmittelzufluss zum Ölkühlerzweig 6d auf die wesentlich wärmere Motoraustrittseite zu verlegen und nur den EGR-Zweig direkt am Pumpenaustritt zu entnehmen und im Kurzschluss direkt an die Position 7e zu führen, so wie dies exemplarisch in 18 gezeigt ist. Damit geht zwar insbesondere die dämpfende Wirkung des Ölkühlerzweigs vor dem Motoreintritt des Kühlmittels verloren, doch kann der EGR-Zweig zumindest einen Teil dieser Funktionalität übernehmen. Nur die motorspezifische Anwendung kann letztlich entscheiden, ob die Nachteile der Ölkühler-Einbindung gemäß 18, die im Interesse einer brauchbaren Effizienz des Ölkühlers 30 insbesondere einen etwas erhöhten Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor erfordert und bei Betrieb mit Heizung gewisse Nachteile mit sich bringt, mittels der Vorteile während starker EGR-Kühlung kompensiert werden können.
Die Überführung des erfindungsgemäßen Gedankenguts in geeignete Motorkomponenten ist angesichts der obigen Ausführungen und der detaillierten Patentansprüche weitreichend aufgezeigt. Insbesondere in Bezug auf die Motorkühlmittelpumpe 7 und die jeweiligen Positionen des Kühlerventils bzw. Thermostaten sowie der einzelnen Kühlmittelzweige zeigen die einzelnen Systemdiagramme deutlich, wie bei den einzelnen Varianten die Systemgrenzen für die Zusammenfassung von Bauteilen und Kühlmittelanschlüssen bzw. Verbindungsleitungen besonders vorteilhaft gelegt werden können. Teilaspekte hierzu sind insbesondere – weitgehend selbsterklärend und spezifisch getrennt für eintrittsseitige und austrittsseitige Temperaturregelung der Brennkraftmaschine – in den entsprechenden Patentansprüchen, insbesondere den Ansprüchen 51–62, beschrieben und müssen hier nicht noch einmal bis ins letzte Detail erklärt werden. Insbesondere ist es hier sehr hilfreich, wenn die Motorkühlmittelpumpe 7 nicht nur die üblichen Kühlmittelzu- und -abflüsse bzw. Anschlussstutzen aufweist, sondern einen Zusatzanschlussstutzen an der Position 7e direkt am Pumpeneintritt und/oder einen Zusatzanschlussstutzen direkt am Pumpenaustritt, insbesondere jeweils direkt in Einheit mit dem Pumpengehäuse bzw. Anschlussstutzen oder Anschlussflansch. Bei vielen Anwendungen, insbesondere mit autarken Kühlerthermostaten, machen erst diese pumpennahen Anschlüsse, bevorzugt unter direkter Zusammenfassung mit dem Motor- Getriebe- und/oder EGR-Kühler sowie gegebenenfalls den zugehörigen Ventilen zur temporären Deaktivierung zu einem Modul die volle Nutzung möglich. Dies betrifft ganz besonders die Minimierung der Kühlmittelmasse, die Verbesserung des Regelverhaltens, die temporäre Anhebung der Kühlmitteltemperatur über die Thermostatöffnungstemperatur hinaus, die temporäre Umkehrung des ölseitigen Wärmeübergangs sowie die Bereitstellung einer definierten Kühlreserve.
Losgelöst vom gleichzeitigen Vorhandensein eines zusätzlichen motorpumpenaustrittsseitigen Anschlussstutzens ist speziell der zusätzliche motorpumpeneintrittsseitige Anschlussstutzen an der Position 7e in Verbindung mit mindestens einer Verbindungsleitung zum Motoraustritt, welche bei Bedarf den Wärmetransport vom Zylinderkopf zum Zylinderblock sicherstellt, bei Dehnstoffkühlerthermostaten 6 ein ganz maßgebliches Mittel zur Anhebung der Motorkühlmittel- und Motorbauteiltemperatur über die konventionellen Teillastwerte hinaus. Dies gilt bereits für austrittsseitige Dehnstoffthermostaten, wie z.B. in 1, in noch wesentlich weitreichenderem Maße aber für eintrittsseitige Dehnstoffthermostaten 6, wie z.B. in 7, da damit bei Bedarf die effektive Thermostatöffnungstemperatur auch bei einem Dehnstoffthermostaten mittels der Motorsteuerung 16 in vielen Teillastpunkten weitgehend frei wählbar gestaltet werden kann. Insbesondere kann hiermit am Motorein- und Motoraustritt die Thermostatnenntemperatur gezielt überschritten werden.
Speziell die Einbindung des EGR-Kühlers bzw. der Ölkühler direkt im Kurzschluss um die Motorkühlmittelpumpe 7 herum und insbesondere unter Verwendung von kühlmittelseitigen Abschaltventilen 6cv, 6dv und/oder 6ev erlauben hier eine außerordentlich kompakte und kostengünstige Zusammenfassung zu kompletten Modulen, die insbesondere gemeinsam mit der Motorkühlmittelpumpe 7 vormontiert und dann als komplettes Modul an den Motor angeflanscht werden. Bei einer derartigen Vorgehensweise kann gegebenenfalls auch gleich ein Mini-Bypass 6c so in dieses Modul integriert werden, dass er gegebenenfalls gemeinsam mit dem Motorblock eine Verbindung zum Kühlmittel im Motorkopf herstellt. Auch die zusätzliche Vorinstallation des Kühlerthermostaten 6 an ein derartiges Module ist hier, insbesondere bei entrittsseitigen Dehnstoffthermostaten 6, sehr vorteilhaft.
Die vielseitigen Vorteile, die sich mittels des temporären Schließens der kühlmittelseitigen Ölkühlerventile 30 und 40 erzielen lassen, wurden bereits ausführlich diskutiert. Dabei sind die Vorteile z.T. so groß, dass neben einer preiswerten thermostatischen Deaktivierung über die lokale Kühlmitteltemperatur auch eine frei wählbare Deaktivierung über die Motorsteuerung 16 kosteneffektiv sein kann.
Neben der thermostatischen Aktivierung über das Abschalten des Kühlmitteldurchsatzes kann natürlich auch eine Deaktivierung der Ölkühler über das Umleiten oder Abschalten des Öls erfolgen. Bei einer direkten Ansteuerung derartiger ölseitiger Ventile über die Motorsteuerung 16 bleibt die jeweilige Steuerlogik unter Berücksichtigung der Kühlmittel- und gegebenenfalls der Öltemperatur weitgehend identisch.
Umgekehrt ist es aber auch möglich, die ölseitigen Ventile mittels der Öltemperatur thermostatisch anzusteuern, wobei eine entsprechende Anpassung der Steuertemperaturen und der Steuerlogik an das erfindungsgemäße Gedankengut vorgenommen wird. Angesichts der gegenseitigen Kopplung der Kühlmittel- und Öltemperaturen erscheint dies durchaus machbar. Analoges gilt für die Anpassung des erfindungsgemäßen Gedankenguts an ölseitige Thermostatventile, die über die lokale Kühlmitteltemperatur angesteuert werden, wie an kühlmittelseitige Thermostatventile, die über die lokale Öltemperatur angesteuert werden.
Die Vielseitigkeit des erfindungsgemäßen Vorgehens bei einfachen Änderungen der Ansteuerung ohnehin verfügbarer Bauteile kann in der Praxis insbesondere für ein kostensparendes Baukastensystem mit Heiz-/Klimagerät und Motorkühlsystem einschließlich Motorsteuerung und Klimabedienteil und zugehöriger Steuersoftware zur marktspezifischen Anpassung von Fahrzeugen mit Kühlungs- und Heizungskreislauf nach Anspruch 1 herangezogen werden. Insbesondere unter Verwendung der motorspezifischen Ausgestaltungsmerkmale nach einem der Ansprüche 2–63, ist ein solches Baukastensystem dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltungen zwischen kraftstoffverbrauchs- und/oder heizleistungs- und/oder motorleistungs- und/oder abgasemissionsorientierten Betriebsarten des Heiz- und Kühlsystems durch eine flexible und kosteneinsparende sowie im Feld nach spezifischem Kundenwunsch nachkalibrierbare marktspezifische Steuersoftwareanpassung der Motorkühlung bzw. des Heiz-/Klimageräts erfolgen können.
Zur weiteren Kostensenkung ist es hier insbesondere vorteilhaft, die optionalen Nutzungsbereiche und Ansteuerungsvarianten unter spezifischer Berücksichtigung der Zielmärkte durch den Entfall einzelner Systembauteile oder Ansteuerungsfreiheitsgrade so einzugrenzen, dass mittels der Software nur ein Teil der gemäß Anspruch 1 allein oder gemeinsam umsetzbaren optionalen Nutzungbereiche realisierbar ist.
So ist es z.B. zur kostensenkenden Vereinheitlichung der Bauteile und Systeme möglich, dass ein einheitliches Heiz-Klima-Gerät mit luftseitiger Temperaturregelung und aktiver oder passiver kühlwasserseitiger Heizungskühlmitteldurchsatzanpassung verwendet wird und die Softwareanpassung insbesondere so ausgestaltet ist, dass in nordischen Ländern die Erfüllung der Heizvorgaben sichergestellt ist und in gemäßigten Breiten der Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen im Vordergrund stehen.
Speziell für Märkte, in denen die Kosten an erster Stelle stehen und insbesondere auch Kompromisse bei der Kabinenheizung und/oder beim Kraftstoffverbrauch eingegangen werden sollen, ist es ein ausgesprochener Vorteil der erfindungsgemäßen Vorgehensweise, dass der Entfall des Bypassventils 6bv und/oder des Zusatzventils 6c und/oder der Ölkühlerventile 6dv/6ev und bei luftseitiger Temperaturregelung auch des Heizungsventils 2 in vielen Fällen ohne weitere Veränderungen erfolgen kann. Dies steht ganz im Gegensatz zum Entfall einer teuren el. angetriebenen Wasserpumpe mit Drehschieberthermostat und/oder Kennfeldthermostat für bestimmte Märkte, welcher i.a. ganz erhebliche System- und Bauraumveränderungen bedeutet und nur schwer bereits bei der Basisauslegung des Gesamtsystems konstruktiv vorgesehen werden kann. So bedeutet ein marktspezifischer Entfall eines separaten Bypassventils 6bv, im einfachsten Fall nur einen Entfall der Ansteuerleitung und/oder eine Verlängerung einer Motorkühlmittelleitung.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere Verfahren und Vorrichtung mit Gestaltungsmerkmalen nach einem der Ansprüche der Ursprungsanmeldung DE 10 2005 035 121.2 , für Kraftfahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine 1, die mittels einer Motorkühlmittelpumpe 7 umgewälzten Kühlmittels gekühlt wird, mit einem Kühlerventil 6 (6av, 6t1), welches zur Kontrolle der Kühlmitteltemperatur den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine 1 und den Fahrzeugkühler 8 regelt und einem Heizungszweig 4a, dessen Kühlmittel bei geöffnetem und geschlossenem Fahrzeugkühlerzweig 6a über einen Heizungswärmetauscher 4 zwischen Motoraustritt und Motoreintritt zirkulieren kann, dadurch gekennzeichnet, dass • mindestens ein schnell und mit Eingrenzung potentieller Regelstörungen bezüglich der Fahrzeuginnenraumtemperatur von der Motorsteuerung 16 ansteuerbares Motorkühlmitteldurchflussbegrenzungsorgan, – insbesondere ein Bypassventil 6bv in einem Bypasszweig 6b, der parallel zum Heizungszweig 4a liegt und welches insbesondere für eine temporäre Anströmung eines autark öffnenden Kühlerventils 6 (6t1) mit warmem Motorkühlmittel vorgesehen ist – und/oder ein Bypassventil 6cv in einem parallel zum Heizungszweig 4a angeordneten und durchflussbegrenzten Bypasszweig 6c ohne Anströmung des Kühlerventils 6 (6t1) – und/oder ein Heizungsdurchflusskontrollorgan 2, insbesondere ein Heizungskühlmittelventil 2, Umschaltungen zwischen kraftstoffverbrauchs- und/oder heizleistungs- und/oder motorleistungs- und/oder abgasemissionsorientierten Betriebsarten des Heiz- und Kühlsystems vornimmt und • insbesondere unter Bereitstellung eines zur schwankungsarmen Regelung der Kabinentemperatur erforderlichen kühlwasserseitigen Mindestkabinenheizpotentials einschließlich der zugehörigen Regelungsfreiheitsgrade der hierfür verfügbaren Stellglieder, • und insbesondere unter bei Heizleistungsentnahme am Heizungswärmetauscher 4 zumindest temporär starker Absenkung der Kühlmitteltemperatur im Heizungsrücklauf, welche insbesondere bei einem Überschuss an Heizpotential aktiv mittels Drosselung des Heizungskühlmitteldurchflusses herbeigeführt wird und welche insbesondere in Verbindung mit Hochleistungsheizungswärmetauschen auch bei einem Defizit an Heizpotential zur Heizleistungssteigerung teilweise herbeigeführt wird, • und insbesondere unter zumindest temporärer Erhöhung der unmittelbar von der Motorsteuerung 16 einschaltbaren Kühlreserve mittels einer erhöhten Kühlmitteltemperaturdifferenz zwischen Motorein- und Motoraustritt, • und insbesondere unter temporärer Wärmeabfuhr am Fahrzeugkühler 8 mit Absenkung des Motorgesamtkühlmitteldurchsatzes und Absenkung der Kühlmittelmischtemperatur aus den Rückläufen des Fahrzeugkühlerzweigs 6a sowie des Heizungszweigs 4a und/oder der dazu parallelen Bypasszweige 6b und/oder 6c und damit ebenfalls unter gezielter temporärer Erhöhung der Kühlmitteltemperaturdifferenz zwischen Motorein- und Motoraustritt, • und insbesondere unter der zumindest temporären Nutzung der Bedämpfung von Kühlmitteltemperaturregelschwankungen am Motoreintritt mittels mindestens eines Wärmetauschers, insbesondere eines Motoröl- und/oder eines Getriebeöl- und/oder eines EGR-Kühlers, dessen Kühlmittel unter vollständiger oder zumindest weitgehender Umgehung der Brennkraftmaschine 1 oder des Fahrzeugkühlers 8 vom Kühlmittelpumpenaustritt der Kühlmittelpumpe 7 über den Wärmetauscher zurück zum Kühlmittelpumpeneintritt strömt, • und insbesondere bei Kühlsystemen mit autarken Kühlerthermostaten 6 temporär Kühlmitteltemperaturen am Ein- und Austritt der Brennkraftmaschine 1 einstellt, die größer sind als die Nenntemperatur der Thermostatöffnung, eine Umschaltung von ersten Betriebsarten mit stark abgesenktem Motorkühlmittelgesamtdurchsätzen und damit erhöhten brennraumseitigen Motorbauteiltemperaturen bei gleichzeitiger Absenkung der mittleren Temperatur der wärmeaktiven Gesamtmasse von Motor, Kühlmittel und Motoröl und/oder unter Absenkung der Kühlmitteltemperatur eines EGR-Kühlers sowie Absenkung der Temperatur des über diesen EGR-Kühler rückgeführten Abgases der Brennkraftmaschine 1 auf weitere Betriebsarten mit erhöhten Motorkühlmittelgesamtdurchsätzen vornimmt, • von denen eine erste Betriebsart für hohen Motorkühlbedarf mit hohem Motorkühlmittelgesamtdurchsatz für hohe Motorlast vorgesehen ist und eine Absenkung der Motorbauteil-, der Motorkühlmittelaustritts- und Motoröltemperaturen bewirkt, • und von denen insbesondere eine zweite Betriebsart mit begrenztem Motorkühlbedarf und mit nur moderater Anhebung des Motorkühlmittelgesamtdurchsatzes, eine Annäherung der Motoröltemperatur an die Motorkühlmittelaustrittstemperatur bewerkstelligt, indem sie bei immer noch deutlich begrenztem Motorkühlmittelgesamtdurchsatz einen verstärkten Wärmetausch des Kühlmittels mit einem Motorölkühler und/oder den motorinternen Öl-Zweigen bei gleichzeitiger Begrenzung des Wärmeübergangs am Wassermantel der Brennkraftmaschine 1 herbeiführt und wobei insbesondere der Gesamtkühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine 1 und auch der Durchsatz durch den Fahrzeugkühlerzweig 6a kleiner ist als in einem direkt an der Kühlmittelpumpe 7 angeordneten Motorölkühler 30.
Verfahren zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere Verfahren und Vorrichtung mit Gestaltungsmerkmalen nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche der Ursprungsanmeldung DE 10 2005 035 121.2 , für Kraftfahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine 1, die mittels einer Motorkühlmittelpumpe 7 umgewälzten Kühlmittels gekühlt wird, mit einem Kühlerventil 6 (6av, 6t1), welches zur Kontrolle der Kühlmitteltemperatur den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine 1 und den Fahrzeugkühler 8 regelt und einem Bypasszweig 6b, welcher den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von deren Kühlbedarf zusätzlich variiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung im Bypasszweig 6b mittels eines Zusatzventils 6bv (6t2) bei weitgehend oder völlig geschlossenem Kühlerzweig 6a temporär reduziert wird, so dass sich aufgrund des geringen Gesamtkühlmitteldurchsatzes durch die Brennkraftmaschine 1 erhöhte brennraumseitige Motorbauteiltemperaturen ergeben und dass die Entnahme des Kühlmittels für einen Motorölkühler 30 und/oder einen Getriebeölkühler 40 unter weitgehender Vermeidung einer Motordurchströmung kurz hinter der Motorkühlmittelpumpe 7 erfolgt, sowie dessen Rückspeisung stromab des Fahrzeugkühlers 8, insbesondere unter Vermeidung einer Durchströmung des Kühlerventils 6 (6av) an einer Position 7e direkt vor der Motorkühlmittelpumpe 7, so dass ein hoher Kühlmitteldurchsatz und Wärmeübergangskoeffizient der Ölkühler 30 und/oder 40 bei gleichzeitig geringem Gesamtkühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine 1 vorliegen und insbesondere, dass über das teilweise oder vollständige Schließen des Zusatzventils 6bv (6t2) ein Betrieb mit einem geringen Gesamtkühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine 1 mit gleichzeitiger Annäherung der Öltemperaturen an die Motorkühlmitteleintrittstemperatur einstellbar wird, der in einer ersten Fahrzeugbetriebsart mit teilerwärmten Motor und ohne Heizleistungsentnahme oder mit Heizleistungsüberschuss eine Absenkung oder Verzögerung der Wärmeabfuhr am Fahrzeugkühler 8 bewirkt, und/oder in einer zweiten Fahrzeugbetriebsart mit Heizleistungsdefizit eine Wärmeübertragung vom Öl ins Kühlmittel, und/oder in einer dritten Fahrzeugbetriebsart eine angehobene Kühlmittel- und brennraumseitige Motorbauteiltemperatur trotz Kühlbedarf für das Öl.
Verfahren zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere Verfahren und Vorrichtung mit Gestaltungsmerkmalen nach einem der Ansprüche 1–2 oder einem der Ansprüche der Ursprungsanmeldung DE 10 2005 035 121.2 , für Kraftfahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine, die mittels einer Motorkühlmittelpumpe 7 umgewälzten Kühlmittels gekühlt wird, mit einem Kühlerventil 6 (6av, 6t1), welches zur Kontrolle der Kühlmitteltemperatur den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine 1 und den Fahrzeugkühler 8 regelt und einem Bypasszweig 6b, welcher den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von deren Kühlbedarf zusätzlich variiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung im Bypasszweig 6b mittels eines Zusatzventils 6bv (6t2) temporär so stark reduziert wird, dass sich bei Motorteillast und Abwärmeüberschuss eine Wärmeabfuhr am Fahrzeugkühler 8 bei reduziertem Volumenstrom im Bypasszweig 6b, im Kühlerzweig 6a und reduziertem Gesamtvolumenstrom durch die Brennkraftmaschine 1 einstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die motorseitige Kühlwirkung mit mindestens einem von der elektronischen Motorsteuerung 16 beeinflussbarem Zusatzventil 6bv variiert wird und dass der Heizungswärmetauscherkreislauf 4a und/oder sonstige auch bei geschlossenem Kühlerventil 6 (6av) durchströmbare Kühlmittelzweige derart stromab des Kühlerventils 6 (6av) und des Fahrzeugkühlers 8 in das Kühlsystem eingebunden sind, dass das teilweise oder vollständige Schließen des Zusatzventils 6bv im Zusammenspiel mit dem Kühlerventil 6 (6av) in einer ersten Betriebsart eine Reduktion oder Unterbindung der am Fahrzeugkühler 8 abgegebenen Wärmeleistung bewirkt, in einer zweiten Betriebsart mit teilweise geöffnetem Kühlerventil 6 (6av) eine Begrenzung der am Fahrzeugkühler 8 abgegebenen Wärmeleistung und insbesondere bei weitgehend geöffnetem Kühlerventil 6 (6av) eine Maximierung der am Fahrzeugkühler 8 abgegebenen Wärmeleistung.
Verfahren zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere Verfahren und Vorrichtung mit Gestaltungsmerkmalen nach einem der Ansprüche 1–4 oder einem der Ansprüche der Ursprungsanmeldung DE 10 2005 035 121.2 , für Kraftfahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine, die mittels einer Motorkühlmittelpumpe 7 umgewälzten Kühlmittels gekühlt wird, mit einem Kühlerventil 6 (6av, 6t1), welches zur Kontrolle der Kühlmitteltemperatur den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine 1 und den Fahrzeugkühler 8 regelt und einem Bypasszweig 6b, welcher den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von deren Kühlbedarf zusätzlich variiert, insbesondere Verfahren zum Betrieb von Brennkraftmaschinen mit einem konventionellen Dehnstoff-Thermostaten 6, dadurch gekennzeichnet, dass die motorseitige Kühlwirkung mit mindestens einem von der elektronischen Motorsteuerung 16 beeinflussbarem Zusatzventil 6bv variiert wird und dass der Heizungswärmetauscherkreislauf 4a und/oder sonstige auch bei geschlossenem Kühlerventil 6 (6av) durchströmbare Kühlmittelzweige derart stromab des Kühlerventils 6 (6av) und des Fahrzeugkühlers 8 in das Kühlsystem eingebunden sind, dass das teilweise oder vollständige Schließen des Zusatzventils 6bv im Zusammenspiel mit dem Kühlerventil 6 (6av) in einer ersten Betriebsart eine Reduktion oder Unterbindung der am Fahrzeugkühler 8 abgegebenen Wärmeleistung bewirkt, in einer zweiten Betriebsart mit teilweise geöffnetem Kühlerventil 6 (6av) eine Begrenzung der am Fahrzeugkühler 8 abgegebenen Wärmeleistung und insbesondere bei weitgehend geöffnetem Kühlerventil 6 (6av) eine Maximierung der am Fahrzeugkühler 8 abgegebenen Wärmeleistung.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlerventil 6 ein Thermostatventil 6 ist, bei welchem insbesondere das Zusammenspiel zwischen Thermostatventil 6 und Bypassventil 6bv nach einem der Ansprüche 4–5 darin besteht, dass das Thermostatventil 6 nur bei hinreichender Anströmung mit warmem Kühlmittel öffnet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlerventil 6 ein von der Motorsteuerung angesteuertes Kühlerventil 6av ist, bei welchem insbesondere das Zusammenspiel zwischen Kühlerventil 6av und Bypassventil 6bv nach einem der Ansprüche 4–5 insbesondere darin besteht, dass das Kühlerventil 6av nur so weit geöffnet wird, dass der Fahrzeugkühler 8 hinreichend Wärme abgibt und das dieses bei einer eventuellen Durchflusszunahme bei Öffnen oder Schließen des Zusatzventils 6bv so verstellt wird, dass es dieser ungewollten Durchflusszunahme im Fahrzeugkühler 8 entgegenwirkt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet dass das Kühlerventil 6 ein autarkes Thermostatventil 6 mit Dehnstoffelement als Aktuator ist.
Vorrichtung nach einem der Anspruch 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlerventil 6 ein el. angesteuertes Thermostatventil 6 ist, welches von einer el. Steuerung, insbesondere eine Motorsteuerung 16, auf eine Solltemperatur eingestellt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlerventil 6 ein Regelventil 6av ist, welches von der Motorsteuerung 16, unter Berücksichtigung der Stellung des Zusatzventils 6bv auf einen Sollwert des Kühlerdurchflusses eingestellt wird, der sich insbesondere aus dem Kühlbedarf der Brennkraftmaschine 1 und aus der momentanen Kühlkapazität des Fahrzeugkühlers 8 berechnet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzventil 6bv im Warmlauf geschlossen ist und dadurch die Wärmeabfuhr am Fahrzeugkühler 8 unterbindet und gleichzeitig den Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor 1 drosselt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzventil 6bv in der Motorteillast auch dann noch temporär oder permanent geschlossen bleibt, wenn bereits Wärme am Fahrzeugkühler 8 abgeführt werden muss, so dass insbesondere die Wärmeabfuhr am Fahrzeugkühler 8 bei reduziertem Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Fahrzeugkühler 8 und die Brennkraftmaschine 1 erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Thermostatventil 6 erst durch das Öffnen des Zusatzventils 6bv eine hinreichende Wärmezufuhr für das Einleiten oder Verstärken der Kühler-Öffnung und Kühlerwirkung erfährt.
Verfahren zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere Verfahren und Vorrichtung mit Gestaltungsmerkmalen nach einem der Ansprüche 1–13 oder einem der Ansprüche der Ursprungsanmeldung DE 10 2005 035 121.2 , für eine 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 Fahrzeugkühler 8 regelt und einem Bypasszweig 6b, welcher den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von deren Kühlbedarf zusätzlich variiert, insbesondere Verfahren zum Betrieb von Brennkraftmaschinen mit einem konventionellen Dehnstoff-Thermostaten mit von der elektronischen Motorsteuerung 16 beeinflussbarem Zusatzventil 6bv, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizungswärmetauscherkreislauf 4a und/oder sonstige auch bei geschlossenem Thermostatventil 6 durchströmbare Kühlmittelzweige derart stromab des Thermostatventils 6 in das Kühlsystem eingebunden sind, dass das Thermostatventil 6 durch Schließen des Zusatzventils 6bv einen so geringen Wärmeeintrag erfährt, dass dieses bis weit über die Thermostat-Nenntemperatur hinaus geschlossen bleibt, und dass das Thermostatventil 6 bei erhöhtem Kühlbedarf durch das Öffnen des Zusatzventils 6bv aufgrund der Anströmung durch den Kühlmittelstrom im Bypasszweig 6b nahe seiner Nenntemperatur arbeitet indem es den Kühlmittelstrom im Kühlerzweig 6a entsprechend regelt.
Verfahren zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere Verfahren und Vorrichtung mit Gestaltungsmerkmalen nach einem der Ansprüche der Ursprungsanmeldung DE 10 2005 035 121.2 oder einem der obigen Ansprüche mit Dehnstoffthermostaten 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzventil 6bv im Bypasszweig 6b stromab eines motorausgangsseitig angeordneten Thermostaten 6 angeordnet ist.
Verfahren zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere Verfahren und Vorrichtung mit Gestaltungsmerkmalen nach einem der Ansprüche der Ursprungsanmeldung DE 10 2005 035 121.2 oder einem der obigen Ansprüche mit Dehnstoffthermostaten 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzventil 6bv im Bypasszweig 6b stromauf eines motoreingangsseitig angeordneten Thermostaten 6 angeordnet ist.
Verfahren zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere Verfahren und Vorrichtung mit Gestaltungsmerkmalen nach einem der Ansprüche der Ursprungsanmeldung DE 10 2005 035 121.2 oder einem der obigen Ansprüche mit Dehnstoffthermostaten 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzventil 6bv im Kühlmittelhauptstrom stromauf eines motorausgangsseitig angeordneten Thermostaten 6 angeordnet ist.
Verfahren zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere Verfahren und Vorrichtung mit Gestaltungsmerkmalen nach einem der Ansprüche der Ursprungsanmeldung DE 10 2005 035 121.2 oder einem der obigen Ansprüche mit Dehnstoffthermostaten 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzventil 6bv im Kühlmittelhauptstrom stromab eines motoreingangsseitig angeordneten Thermostaten 6 angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklauf des Heizungszweigs 4a durch den motoraustrittsseitig angeordneten Kühlerthermostaten 6 führt und dessen Öffnungszeitpunkt mitbestimmt und insbesondere, dass die effektive Öffnungstemperatur des Kühlerthermostaten 6 durch die Wärmeentnahme am Heizungswärmetauscher 4 temporär zu erhöhten Kühlmittelaustrittstemperaturen der Brennkraftmaschine 1 und höheren brennraumseitigen Motorbauteiltemperaturen hin verschoben wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Feedback-Bypasszweig 6f einen Kühlmittelteilstrom hinter der Kühlmittelpumpe 7 und vor weitgehender Erwärmung innerhalb der Brennkraftmaschine 1 entnimmt, wobei dieser Teilstrom durch den motoraustrittsseitig angeordneten Kühlerthermostaten 6 führt und somit dessen Öffnungszeitpunkt mitbestimmt und insbesondere, dass die effektive Öffnungstemperatur des Kühlerthermostaten 6 durch die Wärmeabgabe am Heizungswärmetauscher 4 und/oder die Wärmeabgabe am Fahrzeugkühler 8 und oder die Wärmeabgabe an den Ölkühlern 30 und/oder 40 temporär zu erhöhten Kühlmittelaustrittstemperaturen des Motors 1 und höheren brennraumseitigen Motorbauteiltemperaturen hin verschoben wird.
Verfahren zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere Verfahren und Vorrichtung mit Gestaltungsmerkmalen nach einem der Ansprüche der Ursprungsanmeldung DE 10 2005 035 121.2 oder einem der obigen Ansprüche mit Dehnstoffthermostaten 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzventil 6bv nicht separat angesteuert wird sondern der Bypassteller 6t2 eines Drei-Teller-Thermostaten ist, der ab einer bestimmten Kühlmitteltemperatur öffnet
Verfahren zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere Verfahren und Vorrichtung mit Gestaltungsmerkmalen nach einem der Ansprüche der Ursprungsanmeldung DE 10 2005 035 121.2 oder einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass temporär eine Minimierung der wärmeaktiven Masse des Heizungszweigs 4a und der Brennkraftmaschine 1 erfolgt, indem der Kühlmitteldurchsatz im Heizungszweig trotz luftseitiger Temperaturregelung der Kabinentemperatur bei einem Überangebot an Heizpotential gedrosselt wird.
Verfahren zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere Verfahren und Vorrichtung mit Gestaltungsmerkmalen nach einem der Ansprüche der Ursprungsanmeldung DE 10 2005 035 121.2 oder einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dadurch eine Verbesserung der Heizleistung erzielt wird, dass der Kühlmitteldurchsatz im Heizungszweig 4a und/oder der Gesamtkühlmitteldurchsatz der Brennkraftmaschine 1 soweit gedrosselt wird, dass die lokale Temperatur des Kühlmittels, insbesondere hinter der Motorkühlmittelpumpe 7, unterhalb der Temperatur des Motoröls liegt und hierdurch an einem Ölwärmetauscher 30 Wärme vom Motoröl ins Kühlmittel übertragen wird.
Vorrichtung zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs von Fahrzeugen mit flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen 1, insbesondere Vorrichtung mit Gestaltungsmerkmalen nach einem der obigen Ansprüche oder einem der Ansprüche der Ursprungsanmeldung DE 10 2005 035 121.2 , dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein Ventil 6bv (6t2) und/oder 6 (6av, 6t1) und/oder 6cv und/oder 2, zur temporären Absenkung des Gesamtkühlmitteldurchsatzes durch die Brennkraftmaschine 1 aufweist sowie einen Motorölkühlerzweig 6d und/oder einem Getriebeölkühlerzweig 6e, der das flüssige Kühlmittel an einer Position nahe des Austritts aus der Motorkühlmittelpumpe 7, insbesondere bereits vor einer teilweisen Durchströmung der Brennkraftmaschine 1, entnimmt und unter Umgehung des Fahrzeugkühlers 8 und insbesondere unter Umgehung des Thermostaten 6, zum Pumpeneintritt fördert, so dass im Warmlauf und/oder in der Motorteillast auch bei betriebswarmem Motor ein hoher Durchfluss durch den/die Ölkühler bei geringem Gesamtdurchsatz durch die Brennkraftmaschine 1 einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Gesamtkühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine temporär primär aus dem Kühlmitteldurchsatz im Heizungszweig 4a und/oder einem Zusatz-Bypasszweig 6c zusammensetzt.
Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizungszweig 4a und/oder der Zusatz-Bypasszweig 6c an einem Punkt 7e stromab eines konventionellen Kühlerthermostaten 6 mündet, so dass dieser erst durch die Öffnung eines von der Motorsteuerung 16 angesteuerten Zusatzventils 6bv angeströmt wird und auf erhöhte Kühlung umschaltet.
Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zusatz-Bypasszweig 6c, insbesondere mit/ohne Zusatzventil und mit/ohne zu kühlendem/beheizendem Zusatzbauteil, an einem Punkt 7e stromab eines konventionellen Kühlerthermostaten 6 mündet und dass der Heizungszweig 4a durch den Kühlerthermostaten 6 strömt, so dass in einem ersten Schritt der Durchsatz des Heizungszweigs 4a den Thermostatöffnungszeitpunkt bestimmt und somit den Gesamtkühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine trotz Wärmeabfuhr am Fahrzeugkühler 8 zunächst klein hält und dass erst in einem zweiten Schritt durch die Öffnung eines von der Motorsteuerung 16 angesteuerten Zusatzventils 6bv auf erhöhte Kühlung umschaltet wird.
Kühl- und Heizungskreislauf mit kühlmittelseitigen und/oder luftseitigen Durchflusskontrollvorrichtungen zur Durchführung eines der obigen Verfahren, insbesondere mit Verfahrens- und Vorrichtungsgestaltungsmerkmalen nach einem der Ansprüche der Ursprungsanmeldung DE 10 2005 035 121.2 , unter Anwendung der Schaltbilder gemäß 1 oder 3–12 der Ursprungsanmeldung oder gemäß der Schaltbilder 1–9 oder 12–18 dieser Fortsetzungsanmeldung, insbesondere unter der beschriebenen Anpassung an die verschiedenen Positionen des Zusatzventils 6bv (6t2) und insbesondere unter dem beschriebenen optionalen Entfall einzelner Komponenten.
Kühl- und Heizungsvorrichtung in Kraftfahrzeugen mit einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine 1 und mit einem Dreitellerthermostaten 6 zur Regelung der Wärmeabgabe am Fahrzeugkühler 8 und zur temporären Drosselung des motorinternen Kühlmittelgesamtdurchsatzes, mit einem Kühlerteller 6t1, einem ersten im Warmlauf temporär geschlossenen Bypassteller 6t2 und einem zweiten im Warmlauf zunächst zwar offenen aber wirkungslosen Bypassteller 6t3, welcher den Bypasszweig 6b erst bei weitgehend geöffnetem Kühlerteller 6t1 verschließt, insbesondere Kühl- und Heizungsvorrichtung mit Dreitellerthermostat unter Nutzung von Gestaltungsmerkmalen nach einem der obigen Ansprüche oder einem der Ansprüche der Ursprungsanmeldung DE 10 2005 035 121.2 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Zusatzzweig 6d mit Motorölkühler 30 und/oder ein Zusatzzweig 6e mit Getriebeölkühler 40 das Kühlmittel am Austritt der Motorkühlmittelpumpe 7 unter weitgehender Vermeidung der Durchströmung der Brennkraftmaschine 1 entnimmt und stromab des Dreitellerthermostaten 6 und stromab des Fahrzeugkühlers 8 wieder einspeist.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbindung des Heizungszweigs 4a und/oder weiterer Bypasszweige 6c einen konvektiven Wärmetransport vom Austritt zum Eintritt der Brennkraftmaschine 1 sicherstellen ohne den Dreitellerthermostaten 6 direkt anzuströmen, und insbesondere, dass diese Zweige mittels eines Durchflusskontrollorgans 2 im Heizungszweig 4a und/oder 6cv im Zusatzbypasszweig 6c temporär eine zusätzliche Absenkung des Kühlmittelgesamtdurchsatzes durch die Brennkraftmaschine 1 vornehmen um die Heizleistung zu verbessern und/oder den Kraftstoffverbrauch zu senken.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–30, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drosselung des Kühlmitteldurchsatzes im Heizungszweig 4a in Verbindung mit einer luftseitigen Regelung der Kabinenheizung und Kabinenklimatisierung zum Einsatz kommt und unter Berücksichtigung einer Regelreserve für die Heizung/Klimatisierung temporär zur Minimierung der Wärmeverluste und der wärmeaktiven Masse im Heizungszweig 4a und insbesondere auch der Brennkraftmaschine 1 herangezogen wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27–31, dadurch gekennzeichnet, dass die Absenkung der Rücklauftemperatur im Heizungszweig 4a und/oder der verbesserte Wärmeübergang in den Ölkühlern 30 und/oder 40 temporär dazu verwendet werden, den Öffnungszeitpunkt für den Bypassteller 6t2 und/oder den Öffnungszeitpunkt für den Kühlerteller 6t1 bei Motorteillast in Richtung erhöhter brennraumseitiger Motorbauteiltemperaturen zu verschieben.
Kühl- und Heizungsvorrichtung in Kraftfahrzeugen mit einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine 1, insbesondere Kühl- und Heizungsvorrichtung unter Nutzung von Gestaltungsmerkmalen nach einem der obigen Ansprüche oder einem der Ansprüche der Ursprungsanmeldung DE 10 2005 035 121.2 , dadurch gekennzeichnet, dass es zwei getrennt von der Motorsteuerung 16 ansteuerbare Ventile 6av und 6bv als Ersatz für einen konventionellen Thermostaten 6 zur Regelung der Wärmeabgabe am Fahrzeugkühler 8 und zur temporären Drosselung des motorinternen Kühlmittelgesamtdurchsatzes aufweist, wovon zumindest das kühlerseitige Ventil 6av variabel einstellbar ist und das auf den Bypasszweig 6b wirkende Ventil 6bv im Warmlauf und/oder bei Motorteillast mit Wärmeabfuhr am Fahrzeugkühler 8 temporär geschlossenen oder gedrosselt wird, und insbesondere, dass ein Zusatzzweig 6d mit Motorölkühler 30 und/oder ein Zusatzzweig 6e mit Getriebeölkühler 40 das Kühlmittel am Austritt der Motorkühlmittelpumpe 7 unter weitgehender Vermeidung der Durchströmung der Brennkraftmaschine 1 entnimmt und stromab des Fahrzeugkühlers 8 wieder einspeist.
Kühl- und Heizungsvorrichtung in Kraftfahrzeugen mit einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine 1 und mit einem von der Motorsteuerung 16 ansteuerbaren Drehschieberventil mit Kühlerzweig 6a und Bypasszweig 6b als Ersatz für einen konventionellen Thermostaten 6 zur Regelung der Wärmeabgabe am Fahrzeugkühler 8 und zur temporären Drosselung des motorinternen Kühlmittelgesamtdurchsatzes, insbesondere Kühl- und Heizungsvorrichtung mit Drehschieberventil unter Nutzung von Gestaltungsmerkmalen nach einem der obigen Ansprüche oder einem der Ansprüche der Ursprungsanmeldung DE 10 2005 035 121.2 , dadurch gekennzeichnet, dass das Drehschieberventil bei Wärmeabfuhr am Fahrzeugkühler 8 in einer ersten Betriebsart mit reduziertem Kühlbedarf der Brennkraftmaschine 1 eine gleichzeitige Öffnung des Kühlerzweigs 6a und des Bypasszweigs 6b mit synchroner Drosselung/Entdrosselung des Kühlmitteldurchsatzes in diesen beiden Zweigen vornimmt und in einer zweiten Betriebsart mit erhöhtem Kühlbedarf der Brennkraftmaschine, in analoger Weise zu bisher bekannten Drehschieber-Systemen und konventionellen Dehnstoff Kühlerthermostaten, zuerst den Bypasszweig 6b weitgehend öffnet und mit weiter zunehmendem Kühlbedarf den Bypasszweig 6b mehr und mehr schließt und in gegenläufiger Weise den Kühlerzweig 6a mehr und mehr öffnet.
Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zusatzzweig 6d mit Motorölkühler 30 und/oder ein Zusatzzweig 6e mit Getriebeölkühler 40 das Kühlmittel am Austritt der Motorkühlmittelpumpe 7 unter weitgehender Vermeidung der Durchströmung der Brennkraftmaschine 1 entnimmt und stromab des Fahrzeugkühlers 8 wieder einspeist.
Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion der beiden Ventile 6av und 6bv in ein einziges Ventil, insbesondere ein Drehschieberventil, integriert ist, bei welchem eine erste Betriebsart mit reduziertem Kühlbedarf und mit synchroner Veränderung von Bypassdurchfluss und Kühlerdurchfluss einstellbar ist sowie eine zweite Betriebsart mit erhöhtem Kühlbedarf und gegenläufiger Veränderung dieser beiden Durchflüsse und insbesondere, dass hierzu ein einziges Steuersignal der Motorsteuerung 16 genügt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34–36, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umkehrung der Laufrichtung eines Drehschiebers und ein Vertausch der Steuerkanten des Drehschiebers die Durchflussvariation mit nur einem Steuersignal der Motorsteuerung 16 bewerkstelligen.
Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass lokale Verengungen 90m und 92m des Bypassanschlusses 90 und des Kühleranschlusses 92 sicherstellen, dass auch bei begrenzter Auflösung der Schrittweite des Drehschiebers eine feinfühlige Verstellung des Zustandes mit Wärmeabfuhr am Kühler 8 ermöglicht wird und insbesondere, dass eine feinfühlige Einstellung der Kühlwirkung auch bei gleichzeitig kleinem Kühlmitteldurchsatz im Bypasszweig 6b und im Kühlerzweig 6a einstellbar ist.
Kühl- und Heizungsvorrichtung in Kraftfahrzeugen mit einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine 1 und mit einem von der Motorsteuerung 16 begrenzbaren Gesamtkühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine 1, insbesondere Kühl- und Heizungsvorrichtung mit einer Motordurchflussbegrenzungsvorichtung unter Nutzung von Gestaltungsmerkmalen nach einem der obigen Ansprüche oder einem der Ansprüche der Ursprungsanmeldung DE 10 2005 035 121.2 , dadurch gekennzeichnet, dass eine luftseitige Temperaturregelung 5 der Heizung erfolgt und im Heiz- und/oder Klimabetrieb zusätzlich der Kühlmitteldurchsatz im Heizungszweig 4a temporär gedrosselt wird und insbesondere, dass über eine Erhöhung des Kühlmitteldurchsatzes im Heizungszweig 4a und/oder in einem Zusatzbypasszweig 6c ein Motorölkühler 30 und/oder ein Getriebeölkühler 40 als Wärmesenke für das Kühlwasser aktiviert wird und/oder dass der Motorölkühler 30 und/oder der Getriebeölkühler 40 über die Reduktion des Kühlmitteldurchsatzes im Heizungszweig 4a und/oder des Zusatzbypasszweiges 6c als Wärmequelle für das Kühlwasser aktiviert wird.
Kühl- und Heizungsvorrichtung mit Dehnstoff-Kühlerthermostat 6, insbesondere Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–39, dadurch gekennzeichnet, dass sie erstens ein von der Motorsteuerung 16 ansteuerbares Zusatzventil 6bv zur temporären Drosselung des Gesamtkühlmitteldurchsatzes durch die Brennkraftmaschine 1 aufweist, welches insbesondere auch zur temporären Deaktivierung/Temperaturverstimmung des Dehnstoff-Kühlerthermostaten 6 herangezogen wird sowie zum aktiven Umschalten zwischen hoher und niedriger brennraumseitiger Motorbauteiltemperatur, zweitens eine luftseitige Temperaturregelung 5 der Kabinenheizung mit einer zusätzlichen Vorrichtung 2 zur Kontrolle des Kühlmitteldurchsatzes im Heizungszweig 4a und drittens mittels der verschiedenen Schaltmöglichkeiten der Motorsteuerung 16 im Wärmeübertragungsverhalten direkt oder indirekt beeinflussbare Ölkühler 30 und/oder 40 insbesondere mit Kühlmittelentnahme vor oder am Eintritt der Brennkraftmaschine 1 und insbesondere viertens einen Zusatzbypasszweig 6c, welcher bei geschlossenem Zusatzventil 6bv anstelle des Heizungszweigs 4a oder in Wechselwirkung mit der Durchsatzkontrollvorrichtung 2 des Heizungszweigs 4a eine Umschaltung zwischen kraftstoffverbrauchsarmem und heizbedarfsorientiertem Betrieb vornimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Möglichkeit eines sehr schnellen Öffnens des Zusatzventils 6bv mittels der Motorsteuerung 16 sicherstellt, dass trotz erheblich angehobener brennraumseitiger Motorbauteiltemperaturen in der Teillast eine hinreichende Kühlreserve für den sprunghaften Übergang auf Volllast der Brennkraftmaschine 1 bereitsteht und insbesondere, dass dieser Übergang auf Volllast ohne messbare Einbuße bei Beschleunigungsvorgängen des Fahrzeugs erfolgt.
Kühl- und Heizungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit flüssigem Kühlmittel welches der Brennkraftmaschine 1 und insbesondere auch Hilfsaggregaten Wärme entzieht und an der Fahrzeugheizung 4 und/oder am Fahrzeugkühler 8 abgibt, insbesondere Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–41, dadurch gekennzeichnet, dass erstens eine Durchflusskontrollvorrichtung, insbesondere eine Durchflusskontrollvorrichtung mit von der Motorsteuerung 16 einstellbarer Motorkühlmittelpumpe 7 und/oder el. Kühlmittelhilfspumpe und/oder frei ansteuerbaren Zusatzventil 6bv zur temporären Drosselung des Kühlmitteldurchsatzes im Bypasszweig 6b, den Gesamtkühlmitteldurchfluss durch die Brennkraftmaschine 1 temporär in Richtung reduzierter Werte absenkt und dass zweitens bei abgesenktem Gesamtkühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine 1 das Öffnen des Heizungszweigs 4a und/oder eines Zusatzbypasszweigs 6c und/oder eines Ventils 6dv im Motorölkühlerzweig 6d und/oder eines Ventils 6ev im Getriebeölkühlerzweig 6e den Zeitpunkt der Aktivierung des Motorölkühlers 30 und/oder des Getriebeölkühlers 40 bestimmt und dass insbesondere drittens bei Heizleistungsentnahme am Heizungswärmetauscher 4 mittels der Umschaltung von geringem Kühlmitteldurchsatz im Heizungszweig 4a und/oder im Zusatzbypasszweig 6c auf erhöhten Durchsatz im Heizungszweig 4a und/oder im Zusatzbypasszweig 6c eine Umschaltung von einer ersten Betriebsart, die durch einen geringen oder gar negativem Wärmeübergang des Motor- und/oder Getriebeöls an das in dieser ersten Betriebsart an den Ölkühlern 30 und/oder 40 relativ zum Öl nur wenig wärmere oder gar kältere Kühlmittel gekennzeichnet ist, auf eine zweite Betriebsart erfolgt, die mit mittels der Erhöhung des Durchsatzes im Heizungszweig 4a und/oder im Zusatzbypasszweig 6c mit einem etwas erhöhtem Gesamtkühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine 1 arbeitet und durch ein erhöhtes Wärmeübertragungspotential sowohl zum Erwärmen des Öls an den Ölkühlern 30 und/oder 40 bei Unterkühlung des Öls relativ zum Kühlmittel als auch zum Kühlen des Öls bei überhöhter Öltemperatur gekennzeichnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–42, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetausch an den Ölkühlern 30 und/oder 40 bei teilerwärmtem und/oder betriebswarmem Kühlmittel und/oder bei Heizleistungsüberschuss für Kabinenheizzwecke durch die Durchflusserhöhung im Heizungszweig 4a und/oder im Zusatzbypasszweig 6c intensiviert wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–42, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetausch an den Ölkühlern 30 und/oder 40 bei nur wenig erwärmtem Kühlmittel und/oder bei Heizleistungsmangel für Kabinenheizzwecke durch die Absenkung des Durchflusses im Heizungszweig 4a und/oder im Zusatzbypasszweig 6c reduziert und insbesondere in der Wärmeübertragungsrichtung so umgekehrt wird, dass das Motor- und/oder Getriebeöl das durch die Wärmeentnahme am Heizungswärmetauscher 4 unterkühlte Kühlmittel vor dem erneuten Durchströmen der Brennkraftmaschine 1 vorwärmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–44, dadurch gekennzeichnet, dass ein einfach wirkender Einteller-Kühlerthermostat 6, insbesondere ein Eintellerthermostat 6 mit Dehnstoffaktuator, die Wärmeabfuhr am Fahrzeugkühler 8 ohne thermostatinternen Bypassteller regelt, und dass der Zusatzbypasszweig 6b mit einem von der Motorsteuerung 16 angesteuertem Zusatzventil 6bv die Überleitung zu verstärkter Motorkühlung dadurch einleitet, dass der Kühlmittelstrom im Bypasszweig 6b den Wärmetransport zum Dehnstoffaktuator des Kühlerthermostaten 6 vornimmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–45, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Komponente mit Kühlbedarf, insbesondere ein Abgaswärmetauscher oder ein EGR-Kühler, so am Motoraustritt angeschlossen ist, dass sie bei geschlossenem Bypassventil 6bv nicht oder nur mit reduziertem Kühlmitteldurchsatz durchströmt wird und bei geöffnetem Bypassventil 6bv mit vollem Kühlmitteldurchsatz.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–45, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel eines EGR-Kühlers 100 im Nahbereich des Kühlmittelaustritts aus der Motorkühlmittelpumpe 7 entnommen wird und ohne zum Kühlerthermostaten 6 zu strömen an einem Punkt 7e stromauf der Motorkühlmittelpumpe 7 und stromab des Kühlerthermostaten 6 wieder eingespeist.
Vorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer von der Motorsteuerung 16 ansteuerbaren Durchflussbegrenzungsvorrichtung, insbesondere mittels eines Bypassventils 6bv (6t2) oder mittels eines Drehschiebers als Ersatz für einen konventionellen Kühlerthermostaten 6, eine Reduktion des Gesamtkühlmitteldurchsatzes durch die Brennkraftmaschine 1 einstellbar ist und dass mittels dieser Durchflussbegrenzung durch die Brennkraftmaschine 1 ein am Pumpenaustritt der Motorkühlmittelpumpe 7 angeschlossener EGR-Kühler 100 dadurch eine Verbesserung der EGR-Kühlung erfährt, dass unterkühltes Kühlmittel aus dem Heizungsrücklauf und/oder dem Kühlerrücklauf mit dem ohne Motordurchströmung erfolgenden EGR-Kühlmittelstrom gemischt wird und insbesondere, dass der Motorkühlmittelgesamtdurchsatz zumindest temporär kleiner einstellbar ist, als der EGR-Kühlerdurchsatz.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–47 oder nach einem der Ansprüche der Ursprungsanmeldung DE 10 2005 035 121.2 , dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer, insbesondere aber in jeder, Stellung der kühlmittelseitigen Verstellorgane ein kleiner Überströmungsleckagequerschnitt vom Motoraustritt zum Motoreintritt, insbesondere eine stets offene Mini-Bypassleitung 6c oder einen anderer Strömungspfad, offen bleibt und bei Betrieb der Motorkühlmittelpumpe 7 zum Temperaturausgleich ohne Zwischenschalten eines Wärmetauschers einen stark gedrosselten Kühlmittelstrom vom Motorkopf über die Kühlmittelpumpe 7 zum Motorblock herstellt und dass ein Motorölkühler 30 und/oder ein Getriebeölkühler 40 mittels eines Ventils 6dv und/oder 6ev erst im Verlauf des Warmlaufs zugeschaltet wird und insbesondere, dass diese Ölkühlerzuschaltung unter Berücksichtigung des momentan angeforderten Heizpotentials mittels el. Ansteuerung durch die Motorsteuerung 16 und/oder einer Anpassung der lokalen Kühlmitteldurchsätze auf Bedingungen mit Wärmeentzug aus dem Motoröl oder Wärmeeintrag ins Motoröl eingestellt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–49, dadurch gekennzeichnet, dass im Warmlauf mit temporärer Kühlmitteldurchströmung des Heizungszweigs 4a je nach Kabinenheizbedarf mindestens drei verschiedene Einstellungen mit auf unterschiedliche Durchflusswerte gedrosseltem Motorkühlmittelgesamtdurchsatz von der Motorsteuerung 16 eingestellt werden können, mit einer ersten Einstellung mit relativ geringem Motorkühlmitteldurchsatz und einer starken Abkühlung des Motoröls im Heizungszweig zur temporären Verbesserung der Heizung, mit einer zweiten Einstellung mit etwas höherem Gesamtmotorkühlmitteldurchsatz zur weitgehenden Deaktivierung des Wärmeübergangs am Ölkühler und zur kombinierten Verbesserung von Heizung und Kraftstoffverbrauch und mit einer dritten Einstellung mit noch etwas höherem Gesamtmotorkühlmitteldurchsatz, so dass das Motorkühlmittel das Öl im Ölkühler erwärmt und insbesondere durch eine gute Ölkühlerwirkung selbst bei relativ kleinem Motorgesamtkühlmitteldurchsatz den Zeitpunkt bis zur ersten Wärmeabgabe am Fahrzeugkühler 8 dadurch hinauszögert, dass der Kühlmitteldurchsatz durch den Ölkühler mehr als doppelt so groß ist wie der Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor.
Vorrichtung mit Motorkühlmittelpumpe 7 am Motoreintritt einer Verbrennungskraftmaschine 1, mit einem Hauptkühlwasserverbindungskanal zu einem motoreintrittsseitigem Kühlerthermostaten 6, insbesondere Vorrichtung zur Durchführung eines der obigen Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Hauptkühlwasserverbindungskanal zum Kühlerthermostaten 6 mindestens einen Zusatzanschluss an einer Position 7e stromab des Kühlerthermostaten 6 und stromauf des Pumpenlaufrades aufweist, der insbesondere für den Kühlmittelrücklauf eines Motorölkühlers 30 und/oder eines Getriebeölkühlers 40 und/oder eines Heizungswärmetauschers 4 und/oder eines EGR-Kühlers und/oder eines wassergekühlten Turboladers und/oder eines vom Motoraustritt kommenden Kurzschlusszweigs 6c vorgesehen ist, und der insbesondere diese Bauteile und/oder die Brennkraftmaschine ohne An- oder Durchströmung des Kühlerthermostaten 6 durchströmbar macht.
Vorrichtung mit Motorkühlmittelpumpe 7 am Motoreintritt einer Verbrennungskraftmaschine 1 nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des im Zusatzanschluss an der Position 7e zurückströmenden Kühlmittels zuvor mit mindestens einem Zusatzbauteil, insbesondere einem Motorölkühler 30 und/oder einem Getriebeölkühler 40 und/oder einem EGR-Kühler und/oder einem wassergekühlten Turbolader, im Wärmetausch steht und dass das Kühlmittel für dieses Bauteil an einer motorkühlmittelpumpenaustrittsnahen Entnahmestelle unter weitgehender Vermeidung der Motordurchströmung entnommen wird und insbesondere dass sich diese Entnahmestelle am Austrittsanschluss der Motorkühlmittelpumpe 7 oder an deren Austrittsdiffusor befindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 51–52, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelpumpe 7, die motorkühlmittelpumpenaustrittsnahe Entnahmestelle, die zugehörigen Kühlmittelverbindungsleitungen und mindestens ein wärmeübertragendes Bauteil, insbesondere ein Ölkühler, EGR-Kühler oder wassergekühlter Abgasturbolader, sowie der pumpeneintrittsseitige Hauptkühlwasserverbindungskanal mit Rückfluss des Kühlmittels aus dem wärmeübertragenden Bauteil an der Position 7e zu einem Modul zusammengefasst sind, welches insbesondere nach einer Vormontage gemeinsam mit der Motorkühlmittelpumpe 7 an die Brennkraftmaschine 1 angeflanscht wird.
Modul nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlerthermostat 6 ebenfalls an das Modul angeflanscht ist, wobei ein hinreichender Abstand oder Strömungsleitvorrichtungen sicherstellen, dass der temperatursensitive Bereich des Thermostaten 6 bei Einströmen von Kühlmittel über den Zusatzanschluss an der Position 7e nicht genügend Wärmeeintrag für eine Thermostatöffnung erfährt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 51–54, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bypassventil mit begrenzter mechanischer Auflösung des Öffnungsweges und Dosiergenauigkeit, insbesondere ein Ventil 6bv (6t2) oder ein Zweig eines Drehschiebers als Ersatz für den konventionellen Kühlerthermostaten 6 einen Hauptbypasszweig 6b des inneren Motorkühlkreislaufs zumindest teilweise verschließt und mindestens ein weiterer Kreislauf mit wesentlich höherer Dosiergenauigkeit, insbesondere ein Zusatzbypasszweig 6c mit Zusatzbypassventil 6cv und/oder ein Heizungszweig 4a mit Heizungsventil 2 die Feindosierung der Motordurchströmung übernimmt und insbesondere, dass dieser zweite Kreislauf auch die Steuerung der Wärmeflüsse in den zwischen dem Motorkühlmittelpumpenaustritt und der Position 7e angeschlossenen Zusatzbauteilen übernimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, dass bei Abwärmeüberschuss und bei stark oder komplett gedrosseltem Durchsatz im Hauptbypasszweig 6b mindestens ein Kreislauf mit erhöhter Dosiergenauigkeit temporär auch die Feindosierung der Motordurchströmung bei Wärmeabfuhr am Fahrzeugkühler 8 übernimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 56 mit motoreintrittseitigem Kühlerthermostaten 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Feindosierung der Wärmeabfuhr dadurch erfolgt, dass mindestens ein feindosierender Strömungszweig, insbesondere ein Heizungszweig 4a oder ein Zusatzbypasszweig 6c den Kühlerthermostaten 6 anströmt und durch einen relativ geringen Durchfluss den Fahrzeugkühler 6 auch bei Motorkühlmittelaustrittstemperaturen oberhalb der Thermostatöffnungstemperatur nur wenig öffnet.
Vorrichtung nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, dass die Feindosierung der Wärmeabfuhr dadurch erfolgt, dass jeweils mindestens ein feindosierender Strömungszweig, insbesondere ein Heizungszweig 4a oder ein Zusatzbypasszweig 6c, den Kühlerthermostaten 6 anströmt und der andere an die Position 7e stromab des Kühlerthermostaten 6 angeschlossen ist, und insbesondere, dass nur einer dieser feindosierenden Zweige mittels eines Ventils oder eines anderen aktiven Regeleingriffs versehen ist.
Vorrichtung mit Motorkühlmittelpumpe 7 am Motoreintritt einer Verbrennungskraftmaschine 1, mit einem motoraustrittsseitigen Kühlerthermostaten 6, einem pumpeneintrittseitigen Hauptkühlmittelverbindungskanal, der das Kühlmittel eines Bypasszweigs 6b, eines Kühlerzweigs 6a und eines Heizungszweigs 4a mit vom Motoraustritt über einen Heizungswärmetauscher 4 zurückströmendem Kühlmittel sammelt und der Motorkühlmittelpumpe 7 zuführt, insbesondere Vorrichtung zur Durchführung eines der obigen Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizungszweig 4a und/oder ein Zusatzbypasszweig 6c unter Umgehung des Kühlerthermostaten 6 und des Fahrzeugkühlers 8 durchströmbar ist und heißes Kühlmittel vom Motoraustritt zu pumpeneintrittsseitigen Hauptkühlmittelverbindungskanal der Kühlmittelpumpe 7 oder dessen Anschlussleitungen zum Kühlerthermostaten 6 oder Fahrzeugkühler 8 fördert.
Vorrichtung nach Anspruch 59, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Anschluss für den Rücklauf des Heizungszweigs 4a und/oder des Zusatzbypasszweigs 6c an einer Position 7e stromauf des Pumpenlaufrades und stromab des Fahrzeugkühlers 8 aufweist, der zusätzlich hinreichend weit stromab des Kühlerthermostaten 6 liegt, um dessen vorzeitiges Öffnen zu vermeiden und insbesondere dass nahe der Position 7e auch der Kühlmittelrücklauf eines Motorölkühlers 30 und/oder eines Getriebeölkühlers 40 und/oder eines EGR-Kühlers und/oder eines wassergekühlten Turboladers und/oder eines vom Motoraustritt kommenden Kurzschlusszweigs 6c vorgesehen ist, wobei auch diese Bauteile ohne Motordurchströmung und ohne An- oder Durchströmung des Kühlerthermostaten 6 durchströmbar sind.
Vorrichtung mit Motorkühlmittelpumpe 7 am Motoreintritt einer Verbrennungskraftmaschine 1 nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des im Zusatzanschluss an der Position 7e zurückströmenden Kühlmittels zuvor mit mindestens einem Zusatzbauteil, insbesondere einem Motorölkühler 30 und/oder einem Getriebeölkühler 40 und/oder einem EGR-Kühler und/oder einem wassergekühlten Turbolader, im Wärmetausch steht und dass das Kühlmittel für dieses Bauteil an einer motorkühlmittelpumpenaustrittsnahen Entnahmestelle unter weitgehender Vermeidung der Motordurchströmung entnommen wird und insbesondere dass sich diese Entnahmestelle am Austrittsanschluss der Motorkühlmittelpumpe 7 oder an deren Austrittsdiffusor befindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 59–61, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelpumpe 7, eine motorkühlmittelpumpenaustrittsnahe Kühlmittelentnahmestelle, die zugehörigen Kühlmittelverbindungsleitungen und mindestens ein wärmeübertragendes Bauteil, insbesondere ein Ölkühler, EGR-Kühler oder wassergekühlter Abgasturbolader, sowie der pumpeneintrittsseitige Hauptkühlwasserverbindungskanal mit Rückfluss des Kühlmittels aus dem wärmeübertragenden Bauteil an der Position 7e zu einem Modul zusammengefasst sind, welches insbesondere nach einer Vormontage gemeinsam mit der Motorkühlmittelpumpe 7 an die Brennkraftmaschine 1 angeflanscht wird und insbesondere, dass dieses Modul als Kühlmittelanschlussstutzen lediglich die Verbindung zum Heizungsrücklauf und zum Fahrzeugkühleraustritt aufweist sowie einen Anschlussstutzen oder Verbindungskanal zum Bypasszweig 6b hin.
Kühl- und Heizungsvorrichtung nach einem der obigen Ansprüche oder einem der Ansprüche der Ursprungsanmeldung DE 10 2005 035 121.2 mit temporär deaktivierbarem Motorölkühler 30 und/oder Getriebeölkühler 40 im Motorkühlkreislauf, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der kühlmittelseitigen Deaktivierung des Motorölkühlers 30 mit einem kühlmittelseitigen Ventil 6dv und/oder des Getriebeölkühlers 40 mit einem kühlmittelseitigen Ventil 6ev ölseitige Ventile im motor- und/oder getriebeseitigen Ölkreislauf verwendet werden.
Baukastensystem mit Heiz-/Klimagerät und Motorkühlsystem einschließlich Motorsteuerung und Klimabedienteil und zugehöriger Steuersoftware zur marktspezifischen Anpassung eines Fahrzeugs mit Kühlungs- und Heizungskreislauf nach Anspruch 1, insbesondere unter Verwendung eines der motorspezifischen Ausgestaltungsmerkmale nach einem der Ansprüche 2–63, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltungen zwischen kraftstoffverbrauchs- und/oder heizleistungs- und/oder motorleistungs- und/oder abgasemissionsorientierten Betriebsarten des Heiz- und Kühlsystems durch eine marktspezifische Steuersoftwareanpassung der Motorkühlung und des Heiz-/Klimageräts erfolgen und insbesondere, dass die optionalen Nutzungsbereiche und Ansteuerungsvarianten unter spezifischer Berücksichtigung der Zielmärkte durch den Entfall einzelner Systembauteile oder Ansteuerungsfreiheitsgrade so eingegrenzt ist, dass mittels der Software nur ein Teil der gemäß Anspruch 1 allein oder gemeinsam umsetzbaren optionalen Nutzungbereiche realisierbar ist.
Baukastensystem nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, dass ein einheitliches Heiz-Klima-Gerät mit luftseitiger Temperaturregelung und aktiver oder passiver kühlwasserseitiger Heizungskühlmitteldurchsatzanpassung verwendet wird und die Softwareanpassung insbesondere so ausgestaltet ist, dass in nordischen Ländern die Erfüllung der Heizvorgaben sichergestellt ist und in gemäßigten Breiten der Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen im Vordergrund stehen.
Baukastensystem nach einem der Ansprüche 64–65, dadurch gekennzeichnet, dass zum Absenken der Fahrzeugherstellungskosten nur ein zusätzliches von der Motorsteuerung 16 ansteuerbares Bypassventil 6bv vorgesehen ist und ein optionales Weglassen des Zusatzventils 6c und/oder der Ölkühlerventile 6dv/6ev in einzelnen Märkten erfolgt und dass dies insbesondere bereits bei der Basisauslegung des Gesamtsystems konstruktiv vorgesehen ist.
Baukastensystem nach einem der Ansprüche 64–66, dadurch gekennzeichnet, dass zur Absenken der Fahrzeugherstellungskosten in lokalen Märkten das zusätzliche von der Motorsteuerung 16 ansteuerbare Bypassventil 6bv bereits konstruktiv für ein optionales Weglassen vorgesehen ist und insbesondere, dass das Weglassen nur einen Entfall der Ansteuerleitung und/oder eine Verlängerung einer Motorkühlmittelleitung bedeutet.