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MOTORKÜHLSYSTEM
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Motorkühlsystem und ein Verfahren zum Kühlen eines Motors. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Motorkühlsystem, das einen Entgasertank zum Beseitigen von Gasen aus dem Kühlmittel aufweist, und zugehörige Verfahren.
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Hintergrund
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Es ist bei Verbrennungsmotoren üblich, dass sie ein Kühlsystem beinhalten, um Abwärme abzuführen, um dadurch ein Überhitzen von Motorteilen zu verhindern. Ein typisches Kühlsystem nutzt ein Kühlfluid, das mittels z.B. einer Pumpe durch den Motor zirkuliert. Das Fluid kann Wasser oder eine Mischung aus Wasser und anderen Chemikalien sein. Alternativ kann ein Kühlsystem ein gasförmiges Fluid nutzen.
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Motorkühlsysteme enthalten typischerweise einen Kühler (Wärmetauscher) und ein Thermostat. Das Thermostat ist dazu ausgebildet, um die Motortemperatur zu erfassen und einen oder mehrere Zweige eines Rücklaufkreises zu öffnen oder zu „schalten“, damit erwärmtes Kühlmittel aus dem Motor austreten und zurück zur Pumpe strömen kann. Insbesondere ist das Thermostat betreibbar, um einen Kühlerzweig des Kühlsystems zu öffnen, um eine Zirkulation des erwärmten Kühlmittels vom Motor zum Kühler zu gestatten, wenn der Motor eine Mindestschwellentemperatur erreicht. Wenn der Motor kalt ist oder unter einer gegebenen Schwellentemperatur arbeitet, ist das Thermostat dazu ausgebildet, den Kühlerzweig zu schließen (oder geschlossen zu halten) und einen Bypasszweig zu öffnen (oder offen zu halten), so dass Kühlmittel nicht durch den Kühler zirkuliert und stattdessen über den Bypasszweig zurück zur Kühlmittelpumpe zirkuliert wird. Es ist auch üblich, dass ein dritter Zweig bereitgestellt wird, um erwärmtes Kühlmittel vom Motor über ein Heizungsmodul zu leiten, um dem Fahrgastraum über eine Heizungseinheit Wärme zuzuführen.
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Ein Verbrennungsmotor-Kühlsystem erfordert ein Mittel zum Beseitigen von Gasen aus dem Kühlmittel. Die Quelle für die Kühlmittelgase, die das Kühlmittelvolumen erhöhen und die Kühlmittelwirksamkeit vermindern, ist vorwiegend ein Austritt von Verbrennungsgasen vorbei am Zylinderkopf in den Wassermantel. Das wird für gewöhnlich durch die Bereitstellung einer Entlüftungsleitung aus dem Motor erreicht, die zu einem so genannten Entgasertank führt, zu dem erwärmtes Kühlmittel strömen kann und der die Trennung von Gasen von dem erwärmten Kühlmittel gestattet.
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Gemäß zuvor betrachteten Kühlsystemanordnungen wird die Entgaserleitung als Teil eines Motorausgangskreises so bereitgestellt, dass erwärmtes Kühlmittel zum Entgasertank strömt und dann zu einem Motoreingangskreis des Kühlsystems zur Rezirkulation zurückgeführt wird.
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Gemäß den zuvor vorgeschlagenen Verbrennungsmotor-Kühlsystemen ist die Entlüftungsleitung zum Entgasertank jedoch in der Regel permanent zum Motor derart offen, dass immer wenn das Motorkühlsystem in Betrieb ist, Kühlmittel zum Entgasertank strömt. Somit erfolgt eine Strömung zum Entgasertank auch dann, wenn das im Kühlmittel verteilte Gasvolumen gering ist und ein Entgasen des Kühlmittels nicht nötigt ist.
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Es versteht sich, dass erwärmtes Kühlmittel, das aus dem Motor austritt, durch kaltes Kühlmittel von anderswo im System ersetzt wird. Somit besteht ein Problem bei zuvor vorgeschlagenen Verbrennungsmotor-Kühlsystemen darin, dass der Motor infolge von unter Umständen unnötiger Kühlmittelströmung zum Entgasertank länger braucht, um warm zu werden. Des Weiteren kann eine Kühlmittelströmung zum Entgasertank auch der Heizungsleistung abträglich sein. Das stellt besonders bei kaltem Klima ein Problem dar.
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Es ist deshalb wünschenswert, ein Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, das die mit zuvor betrachteten Kühlsystemanordnungen verbundenen Probleme vermindert.
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Darstellung der Erfindung
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kühlsystem für einen Motor mit innerer Verbrennung bereitgestellt, das einen Eingang zum Einleiten von Kühlmittel in den Motor und einen Rücklaufkreis zum Zurückführen von Kühlmittel vom Motor zum Eingang umfasst, wobei der Rücklaufkreis einen Kühlerzweig und einen Bypasszweig umfasst und wobei der Rücklaufkreis ferner umfasst:
- i) einen Entgaserzweig, der mit einem Entgasertank verbunden ist; und
- ii) Strömungssteuermittel, betreibbar um den Entgaserzweig separat zu öffnen/schließen, um die Strömung von Kühlmittel zum Entgasertank jeweils zu gestatten/verhindern.
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Somit umfasst das Kühlsystem einen Ausgangskreis zum Zirkulieren von erwärmtem Kühlmittel aus dem Motor, typischerweise über ein Thermostat, und Zurückführen desselben zum Eingang. Der Ausgangskreis umfasst eine Anzahl von Zweigen, die einen Kühlerzweig enthalten, damit erwärmtes Kühlmittel vom Motor zu einem Kühler oder Wärmetauscher des Systems strömen kann, und einen Bypasszweig, damit erwärmtes Kühlmittel zurück zum Eingang strömen kann.
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Das Strömungssteuermittel ist eingerichtet, um die Strömung nur im Entgaserzweig zu schalten (d. h. an- oder abzuschalten).
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Durch die Fähigkeit, den Entgaserzweig des Rücklaufkreises separat oder unabhängig zu öffnen/schließen, kann eine Kühlmittelströmung zum Entgasertank an-/abgeschaltet werden, ohne den Strömungszustand – d. h. Ein/Aus-Zustand – in den anderen Zweigen zu verändern.
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Die Fähigkeit, die Strömung von Kühlmittel im Entgaserzweig (ein/aus) zu schalten, ohne den Strömungszustand in Kühler- oder Bypasszweig zu verändern, bedeutet vorteilhafterweise, dass der Entgaserzweig basierend darauf, dass gewisse Bedingungen erfüllt sind und/oder basierend auf einer Bestimmung, ob ein Entgasen erforderlich oder nutzbringend ist oder nicht, und ungeachtet des Strömungszustands in den anderen Zweigen, nach Bedarf geöffnet/geschlossen werden kann.
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Somit kann die Strömung zum Entgasertank auf der Basis einer Bestimmung, dass ein Entgasen erforderlich ist, oder wünschenswert ist, und/oder wenn gewisse Bedingungen erfüllt sind, gestattet werden, ohne den Strömungszustand in den anderen Zweigen zu verändern. Zum Beispiel kann bei Betriebstemperaturen über einer gewissen Temperatur, oder basierend auf einem Bestimmungsergebnis, dass ein Entgasen erforderlich ist oder wünschenswert ist (zum Beispiel auf der Basis einer Bestimmung des aktuellen oder erwarteten im Kühlmittel verteilten Gasvolumens), die Entgaserzweigleitung durch Betrieb des Strömungssteuermittels geöffnet werden, ohne den Ein/Aus-Zustand der Kühlmittelströmung in den anderen Zweigen zu verändern.
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Andererseits kann, basierend auf einer Bestimmung, dass ein Entgasen nicht erforderlich ist oder nicht wünschenswert ist, und/oder wenn gewisse Bedingungen erfüllt sind, durch Betrieb des Strömungssteuermittels der Entgaserzweig geschlossen werden, wodurch eine Kühlmittelströmung zum Entgasertank verhindert wird. Zum Beispiel bei Betriebstemperaturen unter einer gegebenen Schwelle, oder basierend auf einer Bestimmung, dass das aktuelle oder erwartete im Kühlmittel verteilte Gasvolumen ausreichend niedrig ist, so dass ein Entgasen nicht erforderlich ist, kann es wünschenswert sein, die Kühlmittelströmung zum Entgasertank zu verhindern, um ein schnelleres Motoraufwärmen zu gestatten und/oder einer Strömung zur Heizungseinheit Priorität einzuräumen. Somit kann, zumindest innerhalb gewisser Motorbetriebstemperaturen, die Entgaserzweigleitung vorteilhafterweise bei Bedarf/wenn erforderlich durch Betrieb des Strömungssteuermittels geschlossen werden, ohne den Ein/Aus-Zustand einer Kühlmittelströmung in den anderen Zweigen zu verändern.
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Vorzugsweise umfasst der Rücklaufkreis eine Heizungseinheit, die dazu eingerichtet ist, erwärmtes Kühlmittel vom Motor über einen Heizungszweig des Rücklaufkreises zu empfangen. Der Heizungszweig kann als dafür vorgesehener Zweig des Rücklaufkreises bereitgestellt werden oder kann als Teil des Bypasszweigs bereitgestellt werden. Somit kann gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts, die das separate Steuern des Öffnungs-/Schließungszustands des Entgaserzweigs erleichtert, die Strömung von Kühlmittel zum Entgasertank verhindert werden, wenn der Bedarf bei der Heizungseinheit hoch ist und/oder der Heizungszweig offen ist. Somit ist ein Vorteil dieser Anordnung, dass es möglich ist, dass das Motorkühlsystem so betrieben werden kann, dass einer Strömung von erwärmtem Kühlmittel zur Heizungseinheit Priorität vor der Kühlmittelströmung zum Entgasertank eingeräumt wird. Dies führt zu einer Verbesserung der Heizungsleistung, was bei kaltem Klima besonders wünschenswert ist.
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Vorzugsweise umfasst der Rücklaufkreis ein Thermostat, das betreibbar ist, um die Strömung von Kühlmittel zwischen dem Kühlerzweig und dem Bypasszweig zu schalten.
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Das Strömungssteuermittel kann auf eine Anzahl alternativer Arten und Weisen implementiert werden. Zum Beispiel kann ein Strömungssteuermittel optional mittels eines dafür vorgesehenen Ventils, das auf dem Entgaserzweig des Rücklaufkreises bereitgestellt wird, implementiert werden. Ein solches Ventil ist betreibbar, um die Strömung von Kühlmittel durch den Entgaserzweig wahlweise zu blockieren. Diese Anordnung ist besonders geeignet für Motorkühlsysteme, die ein herkömmliches Thermostat nutzen, das betreibbar ist, um eine Kühlmittelströmung zwischen dem Bypasszweig und dem Kühlerzweig zu schalten. Alternativ kann ein Strömungssteuermittel, das ein auf dem Entgaserzweig bereitgestelltes Ventil umfasst, im Zusammenhang mit einem Motorkühlsystem implementiert werden, das ein elektronisch gesteuertes Thermostat verwendet, wobei die Entgaserentlüftungsleitung zwischen dem Thermostat und dem Entgasertank oder zwischen dem Motor und dem Entgasertank bereitgestellt wird. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die Strömung zum Entgasertank durch das Ventil unabhängig vom Betrieb des Thermostats gesteuert werden kann. Dadurch kann die Strömung von erwärmtem Kühlmittel zum Entgasertank zum Beispiel unabhängig von der Temperatur und dem Schalten des Bypass-/Kühlerzweigs gesteuert werden, um ein aktives Steuern des Entgasens auf der Basis von Bedingungen, mit Ausnahme der Temperatur, wie etwa durch eine Bestimmung der aktuellen/erwarteten Gasbildung und/oder eine Bestimmung des aktuellen/erwarteten Gasvolumens im Motor oder des aktuellen/erwarteten verteilten Gasvolumens im Kühlmittel, zu erlauben.
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Alternativ kann das Strömungssteuermittel mittels eines Thermostats und durch Bereitstellung eines zugeordneten Entgaserzweigs des Thermostats implementiert werden, was eine Betriebsanordnung erleichtert, bei der eine Strömung durch den Entgaserzweig durch den Betrieb des Thermostats ein- und ausgeschaltet werden kann. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die aktive Entgasungssteuerung ohne Einbeziehung irgendwelcher zusätzlicher Komponenten, wie etwa ein Ventil, implementiert werden kann, was das System verteuern würde.
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Diese Anordnung ist besonders geeignet für Motorkühlsysteme, die ein elektronisch gesteuertes (z.B. digital elektronisches) Thermostat verwenden.
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Das elektronisch gesteuerte Thermostat kann betreibbar sein, um sequenziell aktiviert zu werden – d. h. ein „sequenzielles“ Thermostat – oder kann so betreibbar sein, dass die verschiedenen Zweige auch nicht in Sequenz aktiviert werden können. Im Falle eines sequenziellen Thermostats, bei dem die verschiedenen Zweige des Rücklaufkreises, die aus dem Thermostat austreten, sequenziell bei unterschiedlichen Temperaturen geöffnet/geschlossen werden, wenn die gemessene Temperatur steigt/fällt, kann die Position des Entgaserzweigs gemäß der Priorität, die dem Strom von erwärmtem Kühlmittel in den Zweigen des Rücklaufkreis eingeräumt wurde, ausgewählt werden. Vorzugsweise wird der Entgaserzweigs unter dem Kühlerzweig bereitgestellt. Somit kann der Entgaserzweig optional zwischen dem Heizungszweig und dem Bypasszweig bereitgestellt werden. Alternativ kann der Entgaserzweig optional zwischen dem Bypasszweig und dem Kühlerzweig bereitgestellt werden.
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Optional, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die ein elektronisch gesteuertes Thermostat in Verbindung mit einem geschalteten Entgaserzweig des Thermostats nutzen, versteht es sich, dass das Strömungssteuermittel betreibbar ist, um den Entgaserzweig separat zu öffnen/schließen, wenn der Motor innerhalb eines gewissen Temperaturbereiches, wie durch die Aktivierungstemperaturen definiert, die dem Schalten der angrenzenden Zweige des Thermostats zugeteilt sind, arbeitet. Unter diesen Umständen ist das Strömungssteuermittel innerhalb dieses Temperaturbereiches optional betreibbar, um das Ein-/Ausschalten der Entgaserzweigleitung unabhängig von der Temperatur wahlweise zu steuern – z.B. auf der Basis einer Bestimmung von aktuellen oder erwarteten Kühlmittelgasvolumens oder Motorerfordernissen. Somit kann ein elektronisch gesteuertes Thermostat vorteilhaft betreibbar sein, um die Anforderungen von sowohl Temperatursteuerung als auch Gasabführung mit dem Entgaserzweig, der mit dem Thermostat wirkverbunden ist und abhängig von einem Bestimmungsergebnis, anstatt abhängig von der Temperatur, geschaltet wird, auszugleichen. Das Kühlsystem sollte vorzugsweise so ausgestaltet sein, dass der Entgasungsbedarf nicht mit dem Abkühlungsbedarf in Konflikt steht, da es sehr wahrscheinlich ist, dass beide Funktionen zur gleichen Zeit gebraucht werden. Unnötiges Entgasen an sich birgt jedoch keine Nachteile wenn Kühlbedarf besteht.
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Somit muss der Motor, bei vorzugsweiser Positionierung des Entgaserzweigs unter dem Kühlerzweig, zum Anschalten des Kühlerzweigs unter der Schwellentemperatur sein, damit die Entgaserleitungssteuerung verfügbar ist. Da jedoch bevorzugte Ausführungsformen die Aufwärmung des Motors durch die Bereitstellung von Entgaserleitungssteuerung zu verbessern suchen, stellt dies kein Problem dar.
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Es wird angestrebt, dass ein Motorsteuermodul dazu ausgebildet ist, das Strömungssteuermittel aktiv zu steuern, um den Entgasungsprozess durch wahlweises Öffnen oder Schließen des Entgaserkreises zu steuern.
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Optional kann das Strömungssteuermittel auf der Basis eines Bestimmungsergebnisses betrieben werden, das einen oder mehrere Faktoren berücksichtigt, einschließlich einer Bestimmung des aktuellen/erwarteten im Kühlmittel verteilten Gasvolumens, einer Bestimmung der Gasbildungsrate des Motors, einer Bestimmung des Gasvolumens im System, der Temperatur oder anderen Motorerfordernissen.
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Optional kann das Strömungssteuermittel betreibbar sein, um den Entgaserzweig zeitweise zum Beispiel in bestimmten Zeitintervallen zu öffnen, z.B. kann das Kühlsystem einen Zeitmesser beinhalten, so dass das Strömungssteuermittel so betreibbar sein kann, dass der Entgaserzweig zeitweise für einen gegebenen Zeitraum offen ist. Die Bestimmung der Häufigkeit und Dauer der Zeiträume, während derer der Entgaserzweig offen ist, kann auf einer Bestimmung des Kühlmittelgasvolumens, z.B. des Gasvolumens im ungünstigsten Fall, basieren.
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Die Bestimmung des Kühlmittelgasvolumens kann auf eine Anzahl von Arten erreicht werden. Zum Beispiel kann dies durch theoretische Berechnungen erreicht werden, die eine Gasbildungsrate des Motors im ungünstigsten oder im günstigsten Fall bereitstellen. Eine bevorzugtere Lösung schließt die Überwachung von einem oder mehreren Live-Parametern, z.B. Motordrehzahl, Last und Temperatur ein, die z.B. durch Eingabe in ein Computerprogramm benutzt werden können, um ein Modell des Kühlmittelgasvolumens zu erzeugen, wobei die Rate der Verbrennungsgasbildung eine Funktion des Zylinderdrucks und der Motordrehzahl ist. Optional erhöht das Modell das modellierte Gasvolumen, wenn die Entgaserleitung geschlossen ist, und vermindert es das modellierte Gasvolumen, wenn die Entgaserleitung aus irgendeinem Grund (aktives Entgasen oder infolge anderer Motorerfordernisse) offen ist. Alternativ kann innerhalb des Kühlsystems ein physischer Sensor bereitgestellt werden, der dazu ausgebildet ist, einen Kühlmittelgasgehalt zu messen.
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Somit kann das Schalten des Entgaserzweigs optional auf einem computererzeugten Modell des aktuellen oder erwarteten Gasvolumens – d. h. das Volumen von im Kühlmittel verteilten Gas – basieren. Zum Beispiel kann der Entgaserzweig basierend auf dem Modell des Gasvolumens im System betrieben werden, um sich in gewissen Zeitabständen für eine gewisse Dauer zu öffnen. Alternativ kann der Entgaserzweig basierend auf dem Modell des Gasvolumens im System geöffnet werden, wenn es gemäß dem Modell als erforderlich bestimmt wird. Durch Modellieren des Gasvolumens im System/Kühlmittel ist es möglich, die Strömung von Kühlmittel zum Entgasertank basierend auf einer genaueren Beurteilung, ob ein Entgasen erforderlich ist oder nicht, zu gestatten/verhindern, so dass ein abträglicher Wärmeverlust, der infolge einer Kühlmittelströmung zum Entgasertank entsteht, vermindert werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Motorsteuermodul dazu ausgebildet, das Schalten der Entgaserzweigleitung des Thermostats basierend auf einer Bestimmung des Kühlmittelgasvolumens zu steuern.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Kühlen eines Verbrennungsmotors bereitgestellt, das einen Eingang zum Einleiten von Kühlmittel in den Motor und einen Rücklaufkreis zum Zurückführen von Kühlmittel vom Motor zum Eingang umfasst, wobei der Rücklaufkreis einen Kühlerzweig und einen Bypasszweig umfasst, wobei das Verfahren das Betreiben eines Strömungssteuermittels umfasst, um einen Entgaserzweig des Rücklaufkreises unabhängig zu öffnen/schließen, um die Strömung von Kühlmittel zu einem Entgasertank zu gestatten/verhindern.
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Optional schließt das Verfahren zum Kühlen eines Verbrennungsmotors das Betreiben des Strömungssteuermittels ein, umfassend das Erhalten eines Bestimmungsergebnisses basierend auf der Berücksichtigung von einem oder mehreren von: Kühlmittelgasvolumen, Temperatur und Motorerfordernissen.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, das elektronische Strömungssteuermittel aufweist zum separaten/unabhängigen Steuern der Strömung von Kühlmittel zu einem Entgasertank des Kühlsystems.
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Optional ist das Strömungssteuermittel nach irgendeinem der obengenannten Aspekte betreibbar, um den Entgaserzweig unabhängig von der Motortemperatur zu öffnen/schließen. Optional ist das Strömungssteuermittel betreibbar, um den Entgaserzweig basierend auf einer Bestimmung des aktuellen oder erwarteten im Kühlmittel verteilten Gasvolumens zu öffnen/schließen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Für ein besseres Verstehen der vorliegenden Erfindung und um zu zeigen, wie dieselbe verwirklicht werden kann, wird nun beispielhaft auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, worin:
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1A und 1B schematisch ein zuvor betrachtetes Motorkühlsystem zeigen;
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2A, 2B und 2C schematisch ein weiteres zuvor betrachtetes Motorkühlsystem zeigen;
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3 schematisch ein Verbrennungsmotorkühlsystem gemäß einem erstem bevorzugten Beispiel zeigt;
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4 ein Verbrennungsmotorkühlsystem gemäß einem zweiten bevorzugten Beispiel zeigt;
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5 ein Verbrennungsmotorkühlsystem gemäß einem dritten bevorzugten Beispiel zeigt; und
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6 ein Verbrennungsmotorkühlsystem gemäß einem vierten bevorzugten Beispiel zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
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Überall in den Figuren werden dieselben Bezugszeichen verwendet, um dieselben oder ähnliche Teile zu kennzeichnen.
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1A und 1B zeigen schematisch ein Beispiel eines zuvor betrachteten Motorkühlsystems. Das System umfasst eine Pumpe 5, die betreibbar ist, um Kühlmittel zu veranlassen, durch den Motor 6 zu zirkulieren. Der Motor ist mit einem Thermostat 7 verbunden, das betreibbar ist, um die Strömung von Kühlmittel wahlweise entweder durch einen Kühlerzweig 8 des Systems oder alternativ durch einen Bypasszweig 9 zu steuern. Der Kühlerzweig und der Bypasszweig bilden einen Teil eines Rücklaufkreises des Kühlsystems. Das System umfasst auch ein Heizungsmodul 10, das so mit dem Motorausgangskreis verbunden ist, dass erwärmtes Kühlmittel dem Heizungsmodul zugeführt und dazu genutzt werden kann, um dem Fahrgastraum eines Fahrzeugs Wärme bereitzustellen, bevor es über den Bypasszweig 9 zurück zur Pumpe 5 rezirkuliert wird. Eine Entlüftungsleitung 11, die in dieser Anordnung direkt mit dem Thermostat verbunden ist und in permanenter Fluidverbindung mit dem Motor steht, erlaubt die Strömung von erwärmtem Kühlmittel zum Entgasertank 12, in dem sich Gase vom erwärmten Kühlmittel trennen können. Der Entgasertank umfasst allgemein ein Reservoir mit einer freien Luftoberfläche und einem Mittel zum Entlüften von Überdruck.
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1A zeigt die Zirkulation von Kühlmittel durch das System, wenn der Motor kalt ist oder unter einer Schwellentemperatur arbeitet. In diesem Zustand verhindert die Thermostatposition die Strömung von Kühlmittel durch den Kühlerzweig 8, und stattdessen strömt Kühlmittel über die Bypassleitung 9, und, falls erforderlich über das Heizungsmodul 10, direkt zurück zur Pumpe 5.
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1B zeigt die Zirkulation des Kühlmittels durch das System, wenn der Motor heiß ist oder über einer Schwellentemperatur arbeitet. In diesem Zustand verhindert die Thermostatposition die Strömung von Kühlmittel durch den Bypasszweig 9, und stattdessen strömt erwärmtes Kühlmittel durch den Kühlerzweig 8 durch einen Kühler 13, der dazu dient, Wärme vom Kühlmittel abzuführen, bevor es zur Pumpe 5 zurückgeführt wird.
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Bei beiden Zuständen ist die Entlüftungsleitung offen und deshalb strömt erwärmtes Kühlmittel über die Entlüftungsleitung 11 zum Entgasertank 12. Insofern strömt Kühlmittel zum Entgasertank, auch wenn ein Entgasen nicht unbedingt erforderlich ist – z.B. wenn das Volumen von im Kühlmittel verteilten Gas niedrig ist. Zudem wird jegliches erwärmtes Kühlmittel, das in den Entgasertank strömt, durch kaltes Kühlmittel von anderswo im System ersetzt. Infolgedessen verlangsamt eine unter Umständen unnötige Kühlmittelströmung durch den Entgasertank das Motoraufwärmen und kann der Heizungsleistung abträglich sein.
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2A, 2B, 2C und 2D zeigen schematisch ein weiteres zuvor betrachtetes Motorkühlsystem. Das System umfasst eine Pumpe 5, die betreibbar ist, um Kühlmittel zu veranlassen, durch den Motor 6 zu zirkulieren. Der Motor ist mit einem elektrischen Thermostat 17 versehen, das in diesem Beispiel fest in den Motor eingebaut ist, und das betreibbar ist, um die Strömung von Kühlmittel wahlweise durch die Rücklaufzweige des Kühlsystems zu steuern, diese sind: ein Heizungszweig 14, ein Bypasszweig 9 und ein Kühlerzweig 8. Der Heizungszweig steht in Fluidverbindung mit einem Heizungsmodul 10, wodurch die Wärme aus dem erwärmten Kühlmittel, das aus dem Motor austritt, sinnvoll genutzt wird, um dem Fahrgastraum eines Fahrzeugs Wärme zuzuführen, bevor das Kühlmittel über den Bypasszweig 9 zurück zur Pumpe 5 rezirkuliert wird. In dieser Anordnung ist die Entlüftungsleitung 11 in permanenter Fluidverbindung mit dem Thermostat verbunden. Infolgedessen strömt Kühlmittel zum Entgasertank, selbst wenn wie in 2A gezeigt die Zweigleitungen des Rücklaufkreises alle geschlossen sind, z.B. weil der Motor kalt oder unterhalb einer gewissen Betriebstemperatur ist.
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2B, 2C und 2D zeigen den Betrieb des Thermostats 17 zum wahlweisen Öffnen der Zweige des Rücklaufkreises.
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2B stellt das Motorkühlsystem dar, das über einer ersten Schwellentemperatur arbeitet. Die Öffnung der Heizungszweigleitung ist durch das Thermostat aktiviert und das erwärmte Kühlmittel kann zum Heizungsmodul strömen. Es versteht sich, dass die Strömung von Kühlmittel zum Entgasertank, der letztendlich den Austausch von erwärmtem Kühlmittel durch kaltes Kühlmittel von anderswo im System veranlasst, die Leistung des Heizungsmoduls 10 schwächt.
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2C stellt das Motorkühlsystem dar, das über einer zweiten Schwellentemperatur arbeitet, die die Öffnung der Bypassleitung zusätzlich zur Heizungsleitung aktiviert, so dass Kühlmittel sowohl durch den Bypass- als auch durch den Heizungszweig des Rücklaufkreises strömen kann.
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2D stellt das Motorkühlsystem dar, das bei vollständig heißem Motor arbeitet. Z.B. ist dieser über einer dritten Schwellentemperatur, die die Öffnung des Kühlerleitungszweigs durch das Thermostat aktiviert, so dass erwärmtes Kühlmittel über einen Wärmetauscher oder Kühler strömen kann, bevor es zur Pumpe 5 zurückgeführt wird. Unter diesen Umständen schließt das Thermostat auch die Bypassleitung 9. (Es versteht sich, dass die Figuren eine 2D-Darstellung einer 3D-Vorrichtung sind, und somit wird das veranschaulichte Schließen der Bypassleitung schematisch dargestellt).
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3 zeigt ein Verbrennungsmotorkühlsystem gemäß einem ersten Beispiel der vorliegenden Erfindung. Das System umfasst eine Pumpe 5, die betreibbar ist, um Kühlmittel zu veranlassen, durch den Motor 6 zu zirkulieren. Der Motor ist mit einem Thermostat 7 verbunden, das gewissermaßen ähnlich dem in den 1A und 1B gezeigten Thermostat arbeitet. Somit ist das Thermostat betreibbar, um die Strömung von Kühlmittel wahlweise entweder durch einen Kühlerzweig 8 des Systems oder alternativ durch einen Bypasszweig 9 zu steuern. Der Kühlerzweig und der Bypasszweig bilden einen Teil eines Rücklaufkreises des Kühlsystems. Das System umfasst auch ein Heizungsmodul 10, das so mit dem Motorausgangskreis verbunden ist, dass erwärmtes Kühlmittel dem Heizungsmodul zugeführt und dazu genutzt werden kann, um dem Fahrgastraum eines Fahrzeugs Wärme bereitzustellen, bevor es über den Bypasszweig 9 zurück zur Pumpe 5 rezirkuliert wird. Ein Entgaserzweig 11 verbindet das Thermostat mit dem Entgasertank und erleichtert die Strömung des erwärmten Kühlmittels vom Motor zum Entgasertank 12, wo sich Gase vom erwärmten Kühlmittel trennen können.
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Das Motorkühlsystem umfasst auch ein Strömungssteuermittel in Form eines Ventils 20. Das Ventil wird auf dem Entgaserzweig 11 bereitgestellt und ist betreibbar, um den Entgaserzweig zu öffnen/schließen, um Kühlmittelströmung zum Entgaserzweig zu gestatten/verhindern. Das Ventil kann unabhängig vom Betrieb des Thermostats 7 betrieben werden, das das Schalten der Bypass- und Kühlerkreise steuert, so dass die Strömung von Kühlmittel zum Entgasertank unabhängig von der Motortemperatur auf der Basis z.B. einer Instruktion von einer Steuereinheit separat gesteuert werden kann. Die Einzelheiten zu den Faktoren, die das Steuern des Strömungssteuermittels regeln, werden nachfolgend genauer besprochen.
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4 zeigt ein Verbrennungsmotorkühlsystem gemäß einem zweiten Beispiel der vorliegenden Erfindung. Das System umfasst eine Pumpe 5, die betreibbar ist, um Kühlmittel zu veranlassen, durch den Motor 6 zu zirkulieren. Der Motor ist mit einem elektrischen Thermostat 17 versehen, das in diesem Beispiel fest in den Motor eingebaut ist, und das betreibbar ist, um die Strömung von Kühlmittel wahlweise durch die Rücklaufzweige des Kühlsystems zu steuern, diese sind: ein Heizungszweig 14, ein Bypasszweig 9 und ein Kühlerzweig 8. Der Heizungszweig steht in Fluidverbindung mit einem Heizungsmodul 10, wodurch die Wärme aus dem erwärmten Kühlmittel, das aus dem Motor austritt, sinnvoll genutzt wird, um dem Fahrgastraum eines Fahrzeugs Wärme zuzuführen, bevor das Kühlmittel über den Bypasszweig 9 zurück zur Pumpe 5 rezirkuliert wird. In dieser Anordnung ist ein Entgaserzweig oder eine Entlüftungsleitung 11 mit dem Heizungszweig 14 des Rücklaufkreises verbunden und gestattet die Strömung von Kühlmittel zum Entgasertank 12.
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Das Motorkühlsystem umfasst auch ein Strömungssteuermittel in Form eines Ventils 21. Das Ventil wird auf der Entlüftungsleitung 11 bereitgestellt und ist betreibbar, um den Entgaserzweig zu öffnen/schließen, um Kühlmittelströmung zum Entgaserzweig zu gestatten/verhindern. Das Ventil kann unabhängig vom Betrieb des Thermostats 17 betrieben werden, das das Schalten der Heizungs, Bypass- und Kühlerkreise steuert, so dass die Strömung von Kühlmittel zum Entgasertank auf der Basis z.B. einer Instruktion von einer Steuereinheit separat gesteuert werden kann. Die Einzelheiten zu den Faktoren, die das Steuern des Strömungssteuermittels regeln, werden nachfolgend genauer besprochen.
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5 zeigt ein Verbrennungsmotorkühlsystem gemäß einem dritten Beispiel der vorliegenden Erfindung. Das System umfasst eine Pumpe 5, die betreibbar ist, um Kühlmittel zu veranlassen, durch den Motor 6 zu zirkulieren. Der Motor ist mit einem fest eingebauten elektrischen Thermostat 17 versehen, das betreibbar ist, um das Öffnen und Schließen der Zweige des Rücklaufkreises des Kühlsystems zu steuern. Gemäß dem vorliegenden Beispiel umfasst der Rücklaufkreis des Kühlsystems einen Heizungszweig 14, einen Bypasszweig 9, einen Kühlerzweig 8 und einen Entgaserzweig 23. Der Entgaserzweig 23 ist zwischen dem Bypasszweig 9 und dem Kühlerzweig positioniert. Im vorliegenden Beispiel bildet das Thermostat 17 in Verbindung mit der geschalteten Entgaserzweigleitung 23, die mit dem Thermostat 17 wirkverbunden ist, das Strömungssteuermittel der vorliegenden Erfindung.
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Das Thermostat ist betreibbar, um die Zweigleitung 23 zu öffnen/schließen, um die Strömung von Kühlmittel zum Entgasertank zu gestatten/verhindern. Optional kann das Schalten der Entgaserzweigleitung 23 temperaturabhängig sein, wobei das Thermostat programmiert ist, um die Zweigleitung bei einer Schwellentemperatur zwischen den für das Schalten des Bypass-/Kühlerzweigs festgelegten Schwellentemperaturen zu öffnen.
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Alternativ kann das Schalten der Entgaserzweigleitung 23 auf einem computererzeugten Modell des aktuellen oder erwarteten Gasvolumens – d. h. das Volumen von im Kühlmittel verteiltem Gas – basieren. Zum Beispiel kann der Entgaserzweig basierend auf dem Modell des Gasvolumens im System betrieben werden, um sich in gewissen Zeitabständen für eine gewisse Dauer zu öffnen. Alternativ kann der Entgaserzweig basierend auf dem Modell des Gasvolumens im System geöffnet werden, wenn es gemäß dem Modell als erforderlich bestimmt wird. Durch Modellieren des Gasvolumens im System/Kühlmittel ist es möglich, die Strömung von Kühlmittel zum Entgasertank basierend auf einer genaueren Beurteilung, ob ein Entgasen erforderlich ist oder nicht, zu gestatten/verhindern, so dass ein abträglicher Wärmeverlust, der infolge einer Kühlmittelströmung zum Entgasertank entsteht, vermindert werden kann.
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Das Modell des Gasvolumens im System kann in erster Linie auf theoretischen Berechnungen basieren. Alternativ kann das Modellieren des Kühlmittelgasvolumens auf der Live-Überwachung von verschiedenen Parametern, einschließlich Motordrehzahl, Last und Temperatur, basieren, die dann z.B. durch ein Computerprogramm verwendet werden, um die Gasbildung basierend auf der Tatsache, dass die Rate der Gasbildung eine Funktion des Zylinderdrucks und der Motordrehzahl ist, zu modellieren. Optional erhöht das Modell das modellierte Gasvolumen, wenn die Entgaserleitung geschlossen ist, und vermindert es das modellierte Gasvolumen, wenn die Entgaserleitung aus irgendeinem Grund (aktives Entgasen oder infolge anderer Motorerfordernisse) offen ist.
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Alternativ kann die Bestimmung des aktuellen Gasvolumens auf einer physischen Messung basieren. Zum Beispiel kann innerhalb des Kühlsystems ein physischer Sensor bereitgestellt werden, der betreibbar ist, um einen Kühlmittelgasgehalt zu messen.
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6 zeigt ein Verbrennungsmotorkühlsystem gemäß einem vierten Beispiel der vorliegenden Erfindung. Das System umfasst eine Pumpe 5, die betreibbar ist, um Kühlmittel zu veranlassen, durch den Motor 6 zu zirkulieren. Der Motor ist mit einem fest eingebauten elektrischen Thermostat 17 versehen, das betreibbar ist, um das Öffnen und Schließen der Zweige des Rücklaufkreises des Kühlsystems zu steuern. Gemäß dem vorliegenden Beispiel umfasst der Rücklaufkreis des Kühlsystems einen Heizungszweig 14, einen Bypasszweig 9, einen Kühlerzweig 8 und einen Entgaserzweig 23. Der Entgaserzweig 23 ist zwischen dem Bypasszweig 9 und dem Kühlerzweig positioniert. Im vorliegenden Beispiel bildet das Thermostat 17 in Verbindung mit der geschalteten Entgaserzweigleitung 23, die mit dem Thermostat 17 wirkverbunden ist, das Strömungssteuermittel der vorliegenden Erfindung.
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Für den Fachmann versteht es sich, dass die Erfindung, obgleich sie beispielhaft anhand eines oder mehrerer Beispiele beschrieben wurde, nicht auf die offenbarten Beispiele beschränkt ist, und dass alternative Beispiele konstruiert werden könnten, ohne dass vom Schutzbereich der Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, abgewichen wird.
