DE102010049803B4 - Kühlsystem für eine bessere Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Motorverschleiß - Google Patents

Kühlsystem für eine bessere Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Motorverschleiß Download PDF

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Abstract

Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (2), umfassend:
eine Pumpe (1) eingerichtet zum Zuführen von Kühlmittel zu dem Motor (2),
eine Ablaufleitung (3) eingerichtet zum Verbinden des Pumpenauslasses mit dem Motor (2), und
eine Rücklaufleitung eingerichtet zum Verbinden des Motors (2) mit dem Pumpeneinlass, die drei Zweigleitungen umfasst, wobei
die Rücklaufleitung eine erste Zweigleitung (4) mit einem ersten Ventil (5), und
eine zweite Zweigleitung (6) mit einem Kühler (7) und einem von dem ersten Ventil (5) gesonderten Thermostat (8) umfasst,
gekennzeichnet durch
eine dritte Zweigleitung (9) mit einem Heizungskühler (10) und einem von dem ersten Ventil (5) und dem Thermostat (8) gesonderten zweiten Ventil (12), wobei
ein Entgasertank (13) mittels einer Seitenleitung (14) stromaufwärts des zweiten Ventils (12) und stromabwärts des Heizungskühlers (10) angeschlossen ist.

Description

  • Diese Erfindung betrifft Kühlsysteme für ein Kraftfahrzeug, das einen Verbrennungsmotor aufweist.
  • DE 10 2005 056 717 A1 offenbart ein Kühlsystem, das die Merkmale aus dem Oberbegriff des geltenden Anspruchs 1 enthält.
  • DE 103 13 017 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Kühlsystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
  • DE 10 2004 058 865 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung und Entlüftung von Verbrennungskraftmaschinen, bei der sämtliche Zweigleitungen durch einen gemeinsamen Thermostat geschaltet werden.
  • DE 41 04 093 A1 offenbart eine Kühlanlage für ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor, das drei Zweigleitungen im Rücklauf einer Pumpe, jedoch ohne Thermostat und Entgasertank, aufweist.
  • DE 196 35 044 A1 zeigt ein herkömmliches Kühlmitteltemperatur-Regelsystem für Fahrzeuge.
  • US 6 273 033 B1 offenbart eine Installation eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug mit einem entsprechenden Kühlsystem, wobei eine Bypassleitung und eine den Kühler anströmende Leitung nur gemeinsam über einen Thermostat regelbar sind und offenbart kein Ventil in der Rücklaufleitung, das ein Heizelement und einen Entgasertank gemeinsam schaltet.
  • DE 103 34 919 beschreibt ein Kühlsystem für einen Dieselmotor.
  • Da Verbrennungsmotoren kraftstoffsparender werden, wird weniger Abwärme erzeugt, woraus folgt, dass die Zeit zunimmt, die sie zum Erreichen einer optimalen Betriebstemperatur benötigen. Diese längere Zeit hat eine schädliche Wirkung auf Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Motorverschleiß.
  • Somit wäre ein Kühlsystem erwünscht, das die Zeit verringert, die ein kalter Motor zum Erreichen seiner optimalen Betriebstemperatur benötigt.
  • Demgemäß umfasst die vorliegende Erfindung ein Kühlsystem, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
  • Die zweite Zweigleitung der Rücklaufleitung kann weiterhin einen Motorölkühler umfassen.
  • Vorzugsweise werden das erste und zweite Ventil elektronisch gesteuert und vorzugsweise umfasst das Kühlsystem ein Steuergerät zum Steuern der Ventile als Reaktion auf einen Eingang von mindestens einer der folgenden Onbordvorrichtungen des Fahrzeugs; einem Temperatursensor, einem Umgebungslufttemperatursensor, einem Timer, einem Fahrgastraum-Heizforderungssensor, einem Motorbetriebsbedingungssensor.
  • Der Motorbetriebsbedingungssensor kann zum Beispiel ein Sensor sein, der Motordrehzahl, Motorlast, Drosselstellung oder Luftmassenstrom in den Motor detektiert.
  • Um das Hervorrufen von Beschädigung der Pumpe infolge der Fehlfunktion des Steuerungsgeräts zu verhindern, wird bevorzugt, dass das erste Ventil seine Grundstellung auf die geschlossene Stellung gesetzt aufweist und dass das zweite Ventil seine Grundstellung auf die offene Stellung gesetzt aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems, das die Merkmale des unabhängigen Verfahrensanspruchs 7 umfasst.
  • Nun werden einige Ausführungsformen der Erfindung lediglich beispielhaft unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei:
  • 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Kühlsystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist,
  • 2 eine grafische Darstellung ist, die ein Betriebsmodell eines ersten Ventils veranschaulicht, das in dem System von 1 enthalten ist, und
  • 3 eine grafische Darstellung ist, die ein Betriebsmodell eines zweiten Ventils veranschaulicht, das in dem System von 1 enthalten ist.
  • Unter Bezug auf 1 führt eine Wasserpumpe 1 einem Verbrennungsmotor 2 mittels einer Leitung 3, die den Pumpenauslass mit dem Motor 2 verbindet, Kühlmittel zu.
  • Mittels einer Rücklaufleitung, die drei Zweigleitungen umfasst, kehrt Kühlmittel zu der Einlassseite der Pumpe 1 zurück. Eine erste Zweigleitung 4 umfasst ein elektronisch steuerbares Bypassventil 5. Eine zweite Zweigleitung 6 umfasst einen Kühler 7 und einen Thermostat 8. Eine dritte Zweigleitung 9 umfasst einen Heizungskühler 10, einen Motorölkühler 11 und ein elektronisch steuerbares Heizungs-/Entgasungsventil 12 und einen Entgasertank 13, der mittels einer Seitenleitung 14 stromaufwärts des Heizungs-/Entgasungsventils 12 und stromabwärts des Ölkühlers 11 und des Heizungskühlers 10 angeschlossen ist. An dem Motor 2 ist ein Temperatursensor 15 zum Überwachen der Temperatur des Kühlmittels an dem Punkt, an dem es den Motor 2 verlässt, vorgesehen.
  • Ein elektronisches Steuergerät (ECU) 16 ist mit dem Bypassventil 5 und dem Heizungs-/Entgasungsventil 12 elektrisch verbunden und steuert das Öffnen und Schließen jedes Ventils 5, 12. Das ECU 16 erhält Eingänge von einem Timer 17, einem Umgebungslufttemperatursensor 18, einem Motordrehzahlsensor 19 und einem Fahrgastraum-Heizforderungssensor 20. Eine Leitung 21 verbindet den Motor 2 direkt mit dem Entgasertank 13.
  • Nun wird der Betrieb des Systems von 1 unter besonderem Bezug auf 2 und 3 beschrieben.
  • Während des Betriebs überwacht das ECU 16 ständig Motortemperatur, Motordrehzahl, Umgebungslufttemperatur und Fahrgastraum-Heizforderung (wie von den Insassen des Fahrzeugs angefordert) und spricht auch auf ein Signal von dem Timer 17 an. Als Reaktion auf diese verschiedenen Eingänge öffnet oder schließt das ECU 16 jedes der Ventile 5, 12 gemäß einem vorab festgelegten Betriebsmodell.
  • Ein paar Sekunden lang unmittelbar nach einem Kaltstart des Motors 2 sind beide Ventile 5, 12 geöffnet. Diese Maßnahme dient dazu, jegliche Luft, die sich im System befinden könnte, herauszuspülen. Nach Verstreichen von zehn Sekunden (in diesem Beispiel), die von dem Timer 17 gemessen werden, werden beide Ventile geschlossen. Vorausgesetzt, dass die Motordrehzahl relativ niedrig bleibt, bleiben beide Ventile 5, 12 geschlossen. Mit beiden Ventilen 5, 12 geschlossen und auch dem Thermostat 8 geschlossen findet praktisch kein Umwälzen von Kühlmittel durch den Motor 2 statt und daher erwärmt sich der Motor schnell. Wenn aber die Motordrehzahl einen Schwellenwert erreicht, etwa 2.300 U/min. in diesem Beispiel, dann wird das Bypassventil 5 geöffnet, um das Auftreten von Kavitation in der Pumpe 1 zu verhindern. Wenn die Motordrehzahl weiter steigt, etwa über 3.000 U/min., dann wird auch das Heizungs-/Entgasungsventil 12 geöffnet, um sicherzustellen, dass keine Pumpenbeschädigung auftritt.
  • Wenn die U/min. des Motors innerhalb des unteren Grenzwerts bleiben, dann bleiben beide Ventile 5, 12 geschlossen, bis die Motorkühlmitteltemperatur einen Zwischenwert (mittleren Wert), etwa 60 Grad Celsius, erreicht, woraufhin das Bypassventil 5 geöffnet wird. Dies ermöglicht einen gewissen Kühlmittelstrom durch den Motor, während der Thermostat 8 geschlossen bleibt.
  • Bis die Temperatur des Motorkühlmittels weiter auf etwa 80 Grad Celsius steigt, bleibt das Heizungs-/Entgasungsventil geschlossen, sofern die Umgebungslufttemperatur nicht sehr niedrig ist oder die Insassen Fahrgastraumheizen fordern, in welchem Fall es früher geöffnet wird.
  • Während des gesamten Motorkühlmittel-Temperaturbereichs von etwa 80 Grad Celsius bis zu dem Punkt, an dem der Thermostat öffnet, etwa 103 Grad Celsius, sind beide Ventile 5, 12 unabhängig von der Motordrehzahl offen. Somit wird dem Heizungskühler und dem Ölkühler (warmes) Kühlmittel zum Erwärmen des Fahrgastraums des Fahrzeugs und zum Halten von Motoröl bei einer optimalen Temperatur zugeführt.
  • Sobald diese Schwellentemperatur von 103 Grad Celsius überschritten wird und der Thermostat 8 offen ist, wird das Bypassventil 5 geschlossen, was vollen Durchfluss von Kühlmittel durch den Kühler 7 ermöglicht.
  • Wenn der Motor 2 abgeschaltet und neu gestartet wird, während er noch heiß ist, wird das Bypassventil 5 geschossen und das Heizungs-/Entgasungsventil geöffnet.
  • Die Grundstellung (antriebslose Stellung) des Bypassventils 5 ist geschlossen und die Grundstellung (antriebslose Stellung) des Heizungs-/Entgasungsventils 12 ist offen. Wenn das ECU 16 ausfällt, lassen die Ventile 5, 12 somit Kühlmittel strömen, so dass keine Beschädigung der Pumpe 1 oder eines heißen Motors 2 eintreten kann.

Claims (9)

  1. Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (2), umfassend: eine Pumpe (1) eingerichtet zum Zuführen von Kühlmittel zu dem Motor (2), eine Ablaufleitung (3) eingerichtet zum Verbinden des Pumpenauslasses mit dem Motor (2), und eine Rücklaufleitung eingerichtet zum Verbinden des Motors (2) mit dem Pumpeneinlass, die drei Zweigleitungen umfasst, wobei die Rücklaufleitung eine erste Zweigleitung (4) mit einem ersten Ventil (5), und eine zweite Zweigleitung (6) mit einem Kühler (7) und einem von dem ersten Ventil (5) gesonderten Thermostat (8) umfasst, gekennzeichnet durch eine dritte Zweigleitung (9) mit einem Heizungskühler (10) und einem von dem ersten Ventil (5) und dem Thermostat (8) gesonderten zweiten Ventil (12), wobei ein Entgasertank (13) mittels einer Seitenleitung (14) stromaufwärts des zweiten Ventils (12) und stromabwärts des Heizungskühlers (10) angeschlossen ist.
  2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Zweigleitung (9) der Rücklaufleitung einen Motorölkühler (11) umfasst.
  3. Kühlsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorölkühler (11) zwischen dem Heizungskühler (10) und dem zweiten Ventil (12), welches ein elektronisch steuerbares Heizungs-/Entgasungsventil ist, angeordnet ist.
  4. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Ventil (5, 12) elektronisch gesteuert sind und das Kühlsystem ein Steuergerät (16) zum Steuern der Ventile (5, 12) als Reaktion auf einen Eingang von mindestens einer der folgenden Onbordvorrichtungen des Fahrzeugs umfasst: einem Motortemperatursensor (15); einem Umgebungslufttemperatursensor (18); einem Timer (17); einem Fahrgastraum-Heizforderungssensor (20); und einem Motorbetriebsbedingungssensor.
  5. Kühlsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorbetriebsbedingungssensor ein Motordrehzahlsensor (19) ist.
  6. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer antriebslosen Stellung das erste Ventil (5) geschlossen und das zweite Ventil (12) offen ist, so dass beim Ausfall eines zur Steuerung der beiden Ventile (5, 12) vorgesehenen Steuergerätes (16), Kühlmittel durch die Ventile (5, 12) durchströmen kann.
  7. Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems für ein einen Verbrennungsmotor (2) aufweisendes Kraftfahrzeug, wobei das Kühlsystem eine Pumpe (1) eingerichtet zum Zuführen von Kühlmittel zu dem Motor (2), eine Ablaufleitung eingerichtet zum Verbinden des Pumpenauslasses mit dem Motor (2) und eine Rücklaufleitung, die drei Zweigleitungen umfasst, eingerichtet zum Verbinden des Motors (2) mit dem Pumpeneinlass umfasst, wobei die Rücklaufleitung eine erste Zweigleitung (4) mit einem ersten Ventil (5), eine zweite Zweigleitung (6) mit einem Kühler (7) und einem vom ersten Ventil gesonderten Thermostat (8), und eine dritte Zweigleitung mit einem Heizungskühler (10) und einem vom ersten Ventil (5) und dem Thermostat (8) (8) gesonderten weiten Ventil (12), aufweist, wobei ein Entgasertank (13) mittels einer Seitenleitung (14) stromaufwärts des zweiten Ventils (12) und stromabwärts des Heizungskühlers (10) angeschlossen ist, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – beim Kaltstarten des Motors (2) Öffnen sowohl des ersten (5) als auch des zweiten Ventils (12) über einen Zeitraum, der lang genug ist, um Luft aus dem System herauszuspülen; – Schließen beider Ventile (5, 12), so dass sich der Motor schnell erwärmt, und Überwachen mindestens einer Motorbetriebsbedingung und Motortemperatur; – Öffnen des ersten Ventils (5), wenn eine Motorbetriebsbedingung einen voreingestellten Wert übersteigt; und – Öffnen des zweiten Ventils (12), wenn die Motortemperatur einen Schwellenwert übersteigt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einer antriebslosen Stellung das erste Ventil (5) geschlossen und das zweite Ventil (12) offen bleibt, so dass beim Ausfall eines zur Steuerung der beiden Ventile (5, 12) vorgesehenen Steuergerätes (16), Kühlmittel durch die Ventile (5, 12) strömen kann.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventil (5) geöffnet wird, wenn die Motordrehzahl einen Schwellenwert von 2.300 U/min erreicht.
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