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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug und insbesondere
ein Straßenkraftfahrzeug,
welches wenigstens auch von einem Verbrennungsmotor angetrieben
wird. Derartige Motoren weisen üblicherweise
Flüssigkeitskühlsysteme auf,
wobei eine Kühlflüssigkeit
in einem Kreislauf geführt
wird, um die sich erwärmenden
Teile des Motors zu kühlen.
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In
derartigen Fahrzeugkühlsystemen
wird zur Vermeidung von Sieden und Kavitation des üblicherweise
flüssigen
Kühlmittels
ein Überdruck
benötigt.
Dieser Überdruck
wird durch die Erwärmung
des Kühlmittels
im laufenden Betrieb des Fahrzeuges erzeugt. Dabei bestimmt die
Größe eines
Ausgleichsvolumens und die Kühlmitteltemperatur
den sich einstellenden Überdruck.
Beim Start des Motors ist das Kühlmittel üblicherweise
kalt und daher ist kein Überdruck
vorhanden, weshalb unter Umständen
auf der Wasserpumpensaugseite Kavitation auftreten kann. Mit zunehmender
Erwärmung
des Kühlmittels
dehnt sich dieses aus, und erzeugt im System einen Überdruck,
der bei einem bestimmten Niveau die Kavitationserscheinung abstellt,
da ab diesem Druck keine Unterschreitung des Dampfdruckes mehr auftritt.
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Damit
besteht im Stand der Technik das Problem, dass nicht stets ein ausreichender Überdruck im
Kühlsystem
zur Verfügung
steht, sondern dieser von der Kühlmitteltemperatur
abhängig
ist.
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Wird
weiterhin nach Betrieb des Motors dieser abgestellt, können innerhalb
des Motors örtlich heiße Teile
auftreten und an diesen wiederum kann es wegen der nun fehlenden
Strömung
zu einem Aufkochen des Kühlmittels
kommen. Dabei verdrängt die
entstehende Dampfblase Kühlmittel
in den Ausgleichsbehälter.
Falls das Ausgleichsvolumen des Ausgleichsbehältnisses zu klein ist, kann
es auf diese Weise zu Kühlmittelverlust
kommen. Ein weiteres Problem im Stand der Technik ist daher darin
zu sehen, dass es bei Motorstillstand zu einem Sieden des Kühlmittels
kommen kann.
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Weiterhin
werden in Kraftfahrzeugen üblicherweise Überdruckventile
verwendet. Diese können
durch Schmutzpartikel, die beispielsweise durch das Ventilieren
bei Überschreitung
des Öffnungsdrucks
eindringen zu einem Abfall der Dichtheit führen. Auch ist es möglich, dass
es in Folge von Alterung der Dichtungen zu Undichtigkeiten kommt,
wobei hier zu beachten ist, dass die Dichtungen aus Elastomeren
hergestellt sind.
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Bei
Vorliegen derart undichter Überdruckventile
kann es vorkommen, dass sich kein oder nur ein zu geringer Überdruck
aufbaut, sodass Kavitation dauernd stattfinden kann, was wiederum
zu verminderter Wasserpumpenfördermenge
und zu Kühlmittelverlust
führt.
Auch kann es permanent zu Kühlmittelverlust
beim Heißabstellen
kommen da kein ausreichender Überdruck
zur Anhebung der Siedetemperatur zur Verfügung steht.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zur Verfügung zu
stellen, welche einerseits einen ausreichenden Überdruck im Kühlsystem
unabhängig
von der Kühlmitteltemperatur
gewährleitstet
andererseits auch einen ausreichenden bzw. erhöhten Überdruck bei einem Motorstillstand
zur Verfügung
stellt um Sieden zu unterdrücken
und schließlich
auch ein Nachführen eines
durch eine Undichtigkeit verlorenen Überdrucks ermöglicht.
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Genauer
gesagt sollen eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Regeln des Überdrucks
in Kühlsystemen
zur Verfügung
gestellt werden, welche zur Vermeidung von Sieden und Kavitation
dermaßen gestaltet
ist, dass in den beim Fahrzeugbetrieb auftretenden Betriebszuständen der
jeweils erforderliche Überdruck
eingestellt wird.
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Dies
wird erfindungsgemäß durch
den Gegenstand von Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein
erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug
weist einen Motor auf, wobei der Motor ein Flüssigkeitskühlsystem zur Kühlung des
Motors aufweist und die Kühlflüssigkeit
dieses Flüssigkeitskühlsystems
während
des Betriebs des Motors unter einem vorgegebenen Überdruck
steht. Daneben weist das Kraftfahrzeug und bevorzugt der Motor wenigstens
einen Sensor auf, der wenigstens einen Betriebszustand des Motors
erfasst und der ein für
diesen Betriebszustand charakteristisches Signal ausgibt.
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Erfindungsgemäß weist
das Kraftfahrzeug ein Druckluftsystem auf und zwischen diesem Druckluftsystem
und dem Kühlsystem
ist eine Verbindungsleitung vorgesehen, welche das Kühlsystem wenigstens
zeitweise mit Druckluft versorgt. Weiterhin ist eine Steuerungsein richtung
vorgesehen, welche die Versorgung des Kühlsystems mit Druckluft in Abhängigkeit
von dem von dem Sensor ausgegebenen Signal steuert.
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Damit
wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, durch
Zufuhr von Druckluft in das Kühlsystem
zu erreichen, dass der Zeitraum eines ungenügenden Überdrucks im Kühlsystem
verkürzt
bzw. beseitigt wird und auf diese Weise der Zeitraum verkürzt wird, in
dem Kavitation auf der Wasserpumpen-Saugseite auftreten kann. Genauer
gesagt wird durch diese Zufuhr von Druckluft in das Kühlsystem
ein für
einen üblichen
Motorbetrieb verträglicher Überdruck
eingestellt.
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Durch
die Verwendung des Sensors wird sichergestellt, dass die Druckluft
nur bei bestimmten Betriebszuständen
des Fahrzeuges, beispielsweise bei einer bestimmten Temperatur des
Kühlmittels,
einem bestimmten Druck desselben oder nach dem Abstellen zugeführt wird.
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Die
heute üblicherweise
verwendeten Kühlsysteme
sind so ausgelegt, dass der Überdruck
in den Kühlsystemen
mittels eines Überdruckventils
auf 0,6–1,1
bar begrenzt wird. Mit dem erwähnten
zusätzlichen
durch die Wasserpumpe erzeugten dynamischen Druck ergeben sich örtlich im
Kühlsystem Überdrücke, auf
die die jeweiligen Komponenten wie der Wasserkühler, der Heizungswärmertauscher
und die Schläuche
festigkeitsmäßig ausgelegt
werden. Die Belastbarkeit dieser Bauteile begrenzt gleichzeitig
den verwendbaren Kühlwasserüberdruck.
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Beim
Heißabstellen
eines Motors entfällt üblicherweise
der Kühlmittelumlauf.
Dadurch entfällt auch
der dynamische Überdruck
durch die Wasserpumpe sodass nur noch ein Kühlsystemüberdruck, der zwischen 0,6
und 1,1 bar liegt, zur Verfügung steht,
sodass, wie oben erwähnt,
an heißen
Stellen Sieden auftritt. Um dieses Sieden sicher zu unterdrücken, ist
hoher Überdruck – erheblich über 1 bar – erforderlich
bzw. ein entsprechend großes
Ausgleichsvolumen, in dem die durch die Dampfblase verdrängte Kühlmittelmenge
aufgefangen wird. Damit kann durch die vorliegende Erfindung auch
erreicht werden, dass dieses Ausgleichsvolumen verkleinert bzw. ein
bestehendes Ausgleichsvolumen im Kühlsystem mit höheren Kühlmitteltemperaturen
betrieben wird.
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Vorzugsweise
ist zwischen dem Druckluftsystem und dem Kühlsystem eine Druckminderungseinrichtung
vorgesehen, welche den von dem Druckluftsystem an das Kühlsystem
gelangenden Druck verringert.
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Wie
erwähnt,
wird aus dem Fahrzeugdruckluftsystem eine Verbindung in das Motorkühlsystem hergestellt
um den je nach Betriebszustand bedarfsgerechten Überdruck zur Verfügung zu
stellen. Da das Druckniveau dieses Druckluftsystems üblicherweise
oberhalb 8 bar liegt, ist es zu hoch für den Kühlmittelkreislauf sodass der
Druck durch die Druckminderungseinrichtung abgesenkt wird.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Flüssigkeitskühlsystem
einen Augleichsbehälter
auf und die Verbindungsleitung mündet
in diesen Ausgleichsbehälter.
Der Ausgleichsbehälter
ist besonders geeignet zum Abbau von Überdruck, da er, wie oben erwähnt, ein
Ausgleichsvolumen aufweist, in welches direkt der Überdruck
eingespeist werden kann.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Druckminderungseinrichtung wenigstens
ein steuerbares Ventil auf. Genauer gesagt kann es sich dabei um
ein Druckregelventil handeln, das je nach Betriebszustand eingeregelt
wird.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Steuerungseinrichtung
vorgesehen, welche die Versorgung des Kühlsystems mit Druckluft in
Abhängigkeit
von einem Betriebszustand des Motors steuert. Dabei kann es sich
bei diesen Betriebszuständen
beispielsweise um einen ein- oder ausgeschalteten Zustand d. h.
die Entscheidung danach, ob der Motor läuft oder nicht, handeln. Auch kann
sich bei einem Betriebszustand um eine Kühlwassertemperatur handeln
oder auch einen zeitlichen Abstand nach dem Abstellen des Motors.
Weiterhin kommt als Betriebszustand auch ein Druck des Kühlmittels
in dem Kühlsystem
in Betracht.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Druckminderungseinrichtung zwei
Druckminderventile auf, denen vorzugsweise jeweils ein steuerbares
Ventil vorgeschaltet ist. Genauer gesagt ist es möglich, diesen
beiden Druckminderventilen ein Magnetventil vorzuschalten, wobei
diese Druckminderventile je nach Betriebszustand mit diesem jeweils
einem Magnetventil umgeschaltet werden können. Vorzugsweise weisen dabei
diese beiden Druckminderventile unterschiedliche Arbeitsdrücke auf.
So kann das eine Druckminderventil einen Arbeitsdruck zwischen 0,6
und 1,1 bar aufweisen und das zweite Druckminderventil einen Arbeitsdruck zwischen
1 und 2 bar. Damit wird das erst genannte Druckminderventil im normalen
Fahrzeugbetrieb eingesetzt und das zweite Druckminderventil beispielsweise
nach einem Abstellen des Motors, um Sieden zu verhindern.
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Vorzugsweise
weist die Druckminderungseinrichtung ein Druckregelventil auf, welches
den Druck in Abhängigkeit
von einem Betriebszustand des Motors regelt. Damit können bei
beiden Ausführungsformen
die im Betriebszustand erforderlichen zwei unterschiedlichen Druckniveaus
auf unterschiedliche Weise erreicht werden.
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Vorteilhaft
weist das Kraftfahrzeug eine Vielzahl von Sensoren auf, welche Betriebszustände des Motors
erfassen wobei die Sensoren derart gestaltet sind, dass sie für die Betriebszustände charakteristische
Signale an die Steuerungseinrichtung weiterleiten. Bei diesen Zuständen kann
es sich, wie oben erwähnt,
um Betriebstemperaturen, Zeiten und dergleichen handeln.
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Weiterhin
weist besonders bevorzugt die Steuerungseinrichtung eine Prozesseinrichtung
auf, welche die charakteristischen Signale logisch verknüpft. So
ist es möglich,
ein bestimmtes Ventil nur dann zu schalten, wenn einerseits nach
dem Abstellen des Motors nicht mehr als 15 min vergangen sind und
andererseits die Kühlmitteltemperatur über 100° liegt. Auch
wären entsprechende
logische ODER-Verknüpfungen
denkbar.
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Die
vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zum Betreiben
eines Kraftfahrzeugmotors und insbesondere eines Verbrennungsmotors gerichtet.
Dabei wird dieser Kraftfahrzeugmotor mit einem Flüssigkeitskühlsystem
gekühlt
und die Kühlflüssigkeit
dieses Flüssigkeitskühlsystems
steht während
des Betriebs des Motors unter einem vorgegebenen Druck. Erfindungsgemäß wird mittels
einem Druckluftsystem des Kraftfahrzeugs und dem Flüssigkeitskühlsystem
angeordneten Verbindungsleitung das Flüssigkeitskühlsystem zeitweise mit Druckluft
versorgt und diese Versorgung mit Druckluft erfolgt in Abhängigkeit
von einem Betriebszustand des Motors.
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Insbesondere
handelt es sich bei dem Druckluftsystem um das Druckluftsystem,
welches für
die Bremsanlage des Fahrzeugs verwendet wird. Der in diesem Druckluftsystem
bestehende Druck besteht üblicherweise
auch nach dem Abschalten des Motors noch fort und kann daher verwendet
werden, um das Kühlsystem
mit Druckluft zu versorgen. Es wird darauf hin gewiesen, dass anstelle
von Druckluft auch andere gasförmige
Medien zum Einsatz kommen können.
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Vorzugsweise
wird das Flüssigkeitskühlsystem
wenigstens zeitweise während
eines Stillstandes des Kraftfahrzeugmotors mit Druckluft versorgt.
Bei diesem Verfahren wird erreicht, dass der Bildung von Kavitäten nach
dem Abschalten des Motors entgegengewirkt werden kann.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Verfahren wird mittels wenigstens eines
Sensors ein für
einen Betriebszustand des Motors charakteristisches Signal gemessen
und das Flüssigkeitskühlsystem
wird in Abhängigkeit
von diesem Signal mit Druckluft versorgt. Dabei kann es sich beispielsweise
um ein Signal handeln, welches anzeigt, ob der Motor läuft oder nicht.
Es kann sich bei dem Betriebszustand jedoch auch um eine Temperatur
des Kühlmittels
handeln.
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Weitere
Vorteile und Ausführungsformen
ergeben sich aus den beigefügten
Zeichnungen:
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Darin
zeigen:
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1 eine
schematischen Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten
Ausführungsform;
und
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2 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer weiteren Ausführungsform.
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In 1 bezieht
sich das Bezugszeichen 2 auf ein nur teilweise dargestelltes
Flüssigkeits-Kühlystem. Genauer gesagt ist
hier ein Ausgleichsbehälter 4 für dieses
Kühlsystem 2 dargestellt. In
diesem Ausgleichsbehälter 4 befindet
sich Kühlflüssigkeit 5,
die hier bis zu einem Füllstandsniveau
N reicht. Falls sich, wie oben erwähnt, innerhalb des Kühlkreislaufes
Dampfblasen bilden, kann der oberhalb des Füllstandsniveaus N liegende
Raum 7 genutzt werden, um dieses Ausdehnen aufzunehmen. Falls
jedoch das Füllstandniveau
weiter steigt, als es der Raum 7 zulässt, wird Kühlflüssigkeit über einen Austritt 8 austreten
und auf diese Weise für
den Kühlkreislauf
verloren gehen. Das Bezugszeichen 6 bezieht sich auf eine
Leitung, die in den Kühlkreislauf mündet.
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Das
Bezugszeichen 10 bezieht sich allgemein auf ein Druckluftsystem
des Fahrzeugs. Dabei kennzeichnet das Bezugszeichen 11 einen
Druckluftbehälter
für das
Fahrzeug. Über
eine erfindungsgemäße Verbindungsleitung 12 steht
dieses Druckluftsystem 10 mit dem Flüssigkeits-Kühlsystem 2 in Verbindung,
wobei, wie oben erwähnt,
diese Verbindungsleitung 12 vorzugsweise in den Ausgleichsbehälter 4 des
Kühlsystems
und besonders bevorzugt in dem Bereich 7 des Ausgleichsbehälters 4,
d. h. den Bereich oberhalb des Flüssigkeitsniveaus N mündet.
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Auf
diese Weise kann der Druck in dem Raum 7 und damit der
Druck auf die Kühlflüssigkeit 5 bei
Bedarf erhöht
werden sodass beispielsweise das Auftreten von Dampfblasen zumindest
teilweise kompensiert werden kann.
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Das
Bezugszeichen 20 bezieht sich auf eine Druckregelung, welche
den in den Ausgleichsbehälter 4 gelangenden
Druck der Druckluft regelt. Genauer gesagt, handelt es sich hierbei
um eine Druckminderungseinrichtung 20, welche den aus dem
Druckluftsystem 10 austretenden Druck absenkt.
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Bei
der in 1 gezeigten Ausführungsform weist diese Druckminderungseinrichtung 20 zwei Magnetventile 22 und 23 auf
sowie diesen Magnetventilen 22, 23 nachgeschaltete
Druckminderventile 24 und 25. Die beiden Magnetventile 22 und 23 werden über eine
Steuerungseinrichtung 30 angesteuert und zwar in Abhängigkeit
von den Signalen von diversen Sensoren 14.
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Das
Druckminderventil 24 mindert den von den Druckluftsystem 10 stammenden
Druck auf einen Druck im Bereich von 0,6–1,1 bar. Das Druckminderventil 25 mindert
diesen Druck auf einen Druck zwischen 1 und 2 bar.
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In
Abhängigkeit
von den von den Sensoren 14 gemessenen Signalen kann entweder
der Zugang zu den Druckminderventil 24 oder der Zugang
zu dem Druckminderventil 25 freigegeben oder auch beide
Zugängen
gesperrt oder geöffnet
werden.
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Falls
beispielsweise über
die Sensoren erkannt wird, dass der Motor läuft, ist es möglich, das Magnetventil 22 zu öffnen und
damit einen Druck zwischen 0,6 und 1,1 bar auf den Ausgleichsbehälter 4 und
damit den Kühlkreislauf
zuzulassen. Falls in einem anderen Betriebszustand der Motor steht
und die Temperatur des Kühlwassers
oberhalb eines bestimmten Wertes liegt, beispielsweise oberhalb
100°, kann
das erste Magnetventil 22 geschlossen werden, das Magnetventil 23 geöffnet und über das
Druckminderungsventil 25 ein Druck von 1,1–2 bar auf
den Kühlkreislauf
zugelassen werden.
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Weiterhin
ist es möglich,
die Zeit zu bestimmen, nach der der Motor abgeschaltet wurde und
beispielsweise in einen Zeitraum von 15 min einen Druck zwischen
1,1 und 2 bar zuzulassen, indem das Magnetventil 23 geöffnet und
das Magnetventil 22 geschlossen wird.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Anordnung.
Anstelle der oben gezeigten Anordnung mit den beiden Magnetventilen
und den Druckminderungsventilen ist hier ein Druckregelventil 26 vorgesehen,
welches wiederum von der Steuerungseinrichtung 30 angesteuert wird.
Der von diesem Druckregelventil 26 abgegebene Druck kann
wiederum in Abhängigkeit
von den Signalen der Sensoren 14, wie oben beschrieben,
gesteuert werden.
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Sämtliche
in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich
beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem
Stand der Technik neu sind.
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- 2
- Fahrzeug-Kühlsystem
- 4
- Ausgleichsbehälter
- 5
- Kühlflüssigkeit
- 6
- Leitung
- 7
- Raum
- 8
- Austritt
- 10
- Druckluftsystem
- 11
- Druckluftbehälter
- 12
- Verbindungsleitung
- 14
- Sensoren
- 20
- Druckregelung
- 22,
23
- Magnetventil
- 24,
25
- Druckminderventile
- 26
- Druckregelventil
- 30
- Steuerungseinrichtung
- N
- Füllstandsniveau