DE102008059613A1

DE102008059613A1 - Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102008059613A1
Application number: DE102008059613A
Authority: DE
Inventors: Carsten Heldberg
Original assignee: ITW Automotive Products GmbH
Current assignee: ITW Automotive Products GmbH
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2028-11-29
Also published as: DE102008059613B4; WO2010061343A1; US20110247575A1; EP2368026A1; US9394824B2

Abstract

Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor, bei dem ein Kühlwasserregler in einem Kühlkreislauf angeordnet ist, wobei der Kühlwasserregler von einer Motorsteuerung so ansteuerbar ist, dass er vorübergehend den Kühlwasserfluss vollständig unterbricht, wobei der Kühlwasserregler von einem Nebenzweig überbrückt ist, in dem ein Absperrelement angeordnet ist, dem Absperrelement eine von der Motorsteuerung ansteuerbare Verriegelungsvorrichtung zugeordnet ist, die das Absperrelement wahlweise entriegelt und das Absperrelement so ausgeführt ist, dass es durch den Druck des Kühlwassers im Nebenzweig in eine geöffnete Position bringbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor nach dem Patentanspruch 1.
Ein Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor weist üblicherweise einen Hauptkühlkreis auf, bei dem das durch den Verbrennungsmotor fließende Kühlwasser durch einen Kühler strömt. Außerdem weist er einen Bypasszweig auf, der in der Anlaufphase des Verbrennungsmotors geöffnet ist, sodass das Kühlwasser über den Bypasszweig durch den Motor zirkuliert. Die Steuerung der Kühlwasserströme erfolgt üblicherweise mit einer Thermostatventilanordnung, die mindestens ein Thermostatventil, das zumeist von einem sogenannten Dehnstoffelement betätigt wird und ein Bypassventil enthält. Thermostatventil und Bypassventil sind so gekoppelt, dass bei einer bestimmten unteren Temperatur das Thermostatventil geschlossen und das Bypassventil geöffnet ist. Mit steigender Temperatur macht das Thermostatventil auf und schließt zunehmend das Bypassventil.
Für neuere Kühlsysteme ist bekannt, die Wasserzirkulation im Verbrennungsmotor in der Kaltstartphase die Wasserzirkulation vollständig zu unterbrechen, um eine sehr schnelle Aufheizung des Verbrennungsmotors auf Betriebstemperatur zu erreichen und dadurch den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemission zu reduzieren. Bei dieser Abschaltung kann eine Steuerung über das Dehnstoffelement nicht erfolgen, da während der Kaltstartphase das Kühlwasser nicht durch den Verbrennungsmotor zirkuliert und daher auch nicht die aktuelle Temperaturinformation, d. h. die Temperatur der Kolbenlaufbuchsen, an das Dehnstoffelement gegeben werden, damit rechtzeitig die Kaltstartabschaltung aufgehoben werden kann.
Es ist bekannt, Regelventile mit einem elektromotorischen Antrieb zur Regelung des Kühlwasservolumens einzusetzen. Hiermit kann naturgemäß auch die gewünschte Kaltstartabschaltung realisiert werden. Der Kühlwasserregler wird von der Motorsteuerung betätigt, die über entsprechende Sensoren eine Information für die Temperatur des Motors erhält. Elektromotorische Stellventile, welche zum Beispiel eine durch eine vorgespannte Feder einnehmbare Sicherheitsposition einnehmen können, sind sehr aufwendig, da der Antrieb ständig gegen eine Failsafe-Feder anarbeiten muss und zudem eine aufwendige Lagerregelung des Antriebs erforderlich wird. In jedem Fall wird jedoch bei einem Kühlwasserregler, der von der Motorsteuerung betrieben wird, vermieden, dass nach der Kaltstartphase das Ventil weiterhin geschlossen bleibt.
Es sind andererseits relativ einfache elektromotorische Antriebe für Regelventile bekannt geworden, welche zum Beispiel einen Schneckentrieb verwenden. In diesem Fall ist ein separater Failsafe-Mechanismus erforderlich, um den Verbrennungsmotor im Fehlerfall vor einer Beschädigung zu schützen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, bei dem mit einfachen Mitteln eine Beendigung der Kaltstartphase erzielt werden kann, falls das Regelventil oder das Thermostatventil nicht öffnet.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Kühlsystem wird der Kühlwasserregler von einem Nebenzweig überbrückt, in dem ein Absperrelement angeordnet ist. Dem Absperrelement ist eine von der Motorsteuerung ansteuerbare Verriegelungsvorrichtung zugeordnet, die das Absperrelement wahlweise entriegelt. Das Absperrelement ist so ausgeführt, dass es durch den Druck des Kühlwassers im Nebenzweig in eine geöffnete Position bringbar ist.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird das Absperrelement von einer Klappe gebildet, die in der Schließstellung durch Schwerkraft gegen einen ringförmigen Anschlag anliegt. Die Verriegelungsvorrichtung weist ein Verriegelungselement auf, das in der Verriegelungsstellung auf der dem Anschlag gegenüberliegenden Seite in den Nebenzweig hineinragt. Eine Verschwenkung der Klappe in die geöffnete Position wird dadurch blockiert.
Die Verriegelungsvorrichtung weist nach einer weiteren Ausgestaltung vorteilhaft einen Elektromagneten auf, dessen Anker mit einem Stift als Verriegelungselement oder mit einem Verriegelungshebel verbunden ist. Der Stift oder ein Arm des Hebels kann wahlweise in den Schwenkweg der Klappe hinein oder aus diesem herausbewegt werden.
Mithin besteht die Erfindung aus einem einfachen separaten Failsafe-Mechanismus in Form einer Klappe, die einen Failsafe-Wasserweg verschließt bzw. im Fehlerfall öffnet bzw. gezielt vom Motorsteuergerät angesteuert wird. Zu Verrie gelungszwecken kann ein relativ kleiner Elektromagnet verwendet werden, der mit Hilfe einer Feder ein Verriegelungselement in die Verriegelungsstellung vorgespannt ist. Wird von der Motorsteuerung eine kritische Situation erkannt, wird der Elektromagnet angesteuert, sodass er das Verriegelungselement zurückzieht, wonach die Failsafeklappe vom Wasserdruck geöffnet werden kann. Somit findet eine hinreichende Durchströmung des Motors statt. Nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors, d. h. wenn kein Wasserdruck mehr ansteht, kann die Failsafeklappe durch Schwerkraft in die Schließstellung zurückschwenken. Alternativ kann auch eine leichte Rückstellfeder vorgesehen werden, um die Klappe in die geschlossene Position zu bringen. In der Startphase des Verbrennungsmotors, jedoch bevor dieser tatsächlich gestartet wird, wird vom Motorsteuergerät die Aktivierung des Verriegelungsmagneten bewirkt, sodass die Failsafeklappe gegen ein Aufschwenken gesichert ist.
Bevorzugt ist die Klappe im Falle eines Fehlers durch Federkraft entriegelt. Zu den möglichen Fehlern zählt z. B. auch ein Kabelbruch in der Leitung zum Magneten. Im stromlosen Zustand des Magneten ist die Klappe entriegelt. Die Verriegelung durch den Elektromagneten erfolgt z. B. in der Startphase bei Betätigung der Zündung, aber bevor der Motor gerade noch nicht gestartet ist. Die relativ kurze Phase reicht aus, den Magneten zu aktivieren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert:
1 zeigt ein Kühlsystem nach der Erfindung,
2 zeigt vergrößert den Nebenzweig des Kühlsystems nach 1 in geschlossener Stellung einer Klappe,
3 zeigt die Klappe nach 2 in geöffneter Position.
In 1 ist mit 10 ein Verbrennungsmotor angedeutet, der unter anderem auch eine Wasserpumpe 12 antreibt. Dem Verbrennungsmotor 10 ist ein Kühlkreis für die Kühlung zugeordnet, zu dem ein Kühler 14 gehört. Der Kühler 14 ist in einer Leitung angeordnet, die vom Verbrennungsmotor 10 fort über einen Kühlwasserregler 16 zur Wasserpumpe 12 am Verbrennungsmotor geführt ist. Das Regelglied im Kühlwasserregler 16 ist von einem nicht gezeigten Antrieb, beispielsweise einem Schneckenantrieb oder dergleichen angetrieben, wobei die Ansteuerung des Antriebs von einer Motorsteuerung 18 aus erfolgt. Die Motorsteuerung 18 erfasst die einzelnen Zustände des Motors und unter anderem auch über entsprechende Sensoren die jeweilige Temperatur. Der beschriebene Hauptkühlkreis wird durch einen Bypass 20 überbrückt, der ebenfalls zum Kühlwasserregler 16 geführt ist. Damit der Verbrennungsmotor 10 möglichst rasch seine Betriebstemperatur erreicht, wird mit Hilfe des Kühlwasserreglers 16 das Kühlwasser zunächst nur über den Bypasszweig 20 umgewälzt. Erst wenn die Wassertemperatur eine bestimmte Höhe erreicht hat, wird der Bypasszweig 20 gesperrt und der Hauptkreis vollständig geöffnet. Eine derartige Regelung des Kühlwasserstroms ist an sich bekannt. Sie wird auch bereits mit Thermostatregelungen realisiert.
Ein Kühlwasserregler hat gegenüber einem Thermostaten den Vorteil, dass er den Kühlwasserstrom, der in 1 durch einzelne Pfeile angedeutet ist, eine vorgegebene Zeit komplett unterbrechen kann. Eine solche Unterbrechung wird in der sogenannten Kaltstartphase vorgenommen, damit der Motor bei stehendem Kühlwasser relativ rasch erwärmt wird. Dadurch werden Emissionen und Kraftstoffverbrauch reduziert. Sobald eine bestimmte Kühlwassertemperatur erreicht wird, wird von der Motorsteuerung 18 der Kühlwasserregler 16 entsprechend aufgesteuert. Wenn jedoch die Aufhebung der Kaltstartphase über den Kühlwasserregler 16 aus bestimmten Gründen nicht stattfindet, besteht die Gefahr, dass der Verbrennungsmotor 10 überhitzt wird. Um dies zu vermeiden, ist als zusätzliche Sicherheit ein Nebenzweig 22 vorgesehen, der den Kühlwasserregler 16 überbrückt. Ein Teil des Nebenzweigs 22 ist in den 2 und 3 vergrößert dargestellt.
Man erkennt, dass eine um eine obere Achse 24 schwenkbar gelagerte Klappe 26 vorgesehen ist, die in der in 2 gezeigten Schließstellung gegen eine Ringdichtung 28 anliegt. Die Anlage erfolgt zum Beispiel durch Schwerkraft, da auch in der Schließstellung die Klappe 26 eine Neigung zur Vertikalen aufweist. Es kann jedoch auch eine leichte Rückstellfeder vorgesehen sein, welche die Klappe in die Schließstellung vorspannt. Vorzugsweise ist eine auf der Achse 24 angeordnete Feder vorgesehen.
An einer Ausbuchtung 32 des Nebenzweigs 22 ist ein Elektromagnet 34 angebracht, dessen Kern 36 dichtend durch eine Wand der Ausbuchtung 32 in diese hinein geführt ist. An einer Erhebung 35 in der Ausbuchtung ist ein zweiarmiger Hebel schwenkbar gelagert. Ein Arm 42 dient als Verriegelungsabschnitt und ein anderer Arm 44 ist von einer Feder 46 vorgespannt und zwar in eine Entriegelungsstellung. Der Kern 36 wirkt mit dem Arm 44 zusammen, der aus magnetisch wirkendem Material besteht. In 2 ist die Verriegelungsstellung wiedergegeben. In dieser liegt der Arm 44 am Kern 36 an und die Feder 46 ist gespannt, der Arm 42 liegt der Anschlagdichtung 28 gegenüber, und die Klappe 26 ist gehindert, in die Öffnungsstellung zu schwenken, die in 3 gezeigt ist. Der Kühlwasserstrom in 1 ist bei 42 angedeutet. Er kann jedoch bei geschlossener Klappe 26 nicht fließen. Dies ist somit der Zustand während des normalen Betriebs des Kühlsystems nach 1. Öffnet der Kühlwasserregler 16 jedoch nach Erwärmung des Kühlwassers nach einer Kaltstartphase nicht, sodass weiterhin das Kühlwasser steht, wird von der Motorsteuerung 18 der Magnet 34 inaktiviert, z. B. in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur des Motors. Die Feder 46 bringt den Verriegelungshebel 40 in die entriegelte Position, sodass nunmehr die Klappe 26 in die Öffnungsstellung schwingen kann und den Durchtritt von Kühlwasser ermöglicht. Damit ist ein Failsafe-Mechanismus gegeben, der auch dann wirksam ist, wenn der Magnet 34 aus welchen Gründen immer stromlos ist, z. B. durch Kabelbruch.
Sobald der Magnet 34 bestromt wird, wird der Verriegelungshebel 40 in die Verriegelungsstellung gemäß 2 geschwenkt. Dies geschieht zum Beispiel beim Starten des Verbrennungsmotors 10.

Claims

Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor, bei dem ein Kühlwasserregler in einem Kühlkreislauf angeordnet ist, wobei der Kühlwasserregler von einer Motorsteuerung so ansteuerbar ist, dass er vorübergehend den Kühlwasserfluss vollständig unterbricht, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlwasserregler (16) von einem Nebenzweig (22) überbrückt ist, in dem ein Absperrelement angeordnet ist, dem Absperrelement eine von der Motorsteuerung (18) ansteuerbare Verriegelungsvorrichtung zugeordnet ist, die das Absperrelement wahlweise entriegelt und das Absperrelement so ausgeführt ist, dass es durch den Druck des Kühlwassers im Nebenzweig (22) in eine geöffnete Position bringbar ist.
Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrelement eine Klappe (26) ist, die in der Schließstellung durch Schwerkraft gegen einen ringförmigen Anschlag anliegt und die Verriegelungsvorrichtung ein Verriegelungselement aufweist, das in der Verriegelungsstellung auf der dem Anschlag gegenüberliegenden Seite in den Nebenzweig (22) hineinragt und ein Verschwenken der Klappe (26) in die geöffnete Position blockiert.
Kühlsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsvorrichtung einen Elektromagneten (34) aufweist, dessen Anker (36) mit einem Stift (38) als Verriegelungselement verbunden ist.
Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Anschlag eine Dichtung (28) aufweist.
Kühlsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement einen schwenkbar gelagerten zweiarmigen Hebel (40) aufweist, dessen einer Arm (42) einen Verriegelungsabschnitt bildet und dessen anderer Arm (44) von dem Elektromagneten (34) betätigbar ist.
Kühlsystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement oder ein Anker des Elektromagneten (34) von einer Feder vorgespannt ist, dass bei nicht aktiviertem Elektromagneten (34) das Verriegelungselement in seiner Entriegelungsstellung ist.