-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer mechanisch regelbaren Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine, bei dem Kühlmittel über ein Kühlmittelpumpenlaufrad in einen das Kühlmittelpumpenlaufrad umgebenden Förderkanal und zu einem Pumpenauslass gefördert wird, wobei die Förderung abhängig ist von der Position eines verstellbaren Regelschiebers, über den ein Durchströmungsquerschnitt eines Ringspalts zwischen einem Austritt des Kühlmittelpumpenlaufrades und dem umgebenden Förderkanal geregelt wird, und wobei zur Reduzierung des zum Pumpenauslass geförderten Kühlmittelvolumenstroms durch Verkleinerung des Durchströmungsquerschnitts ein erster Druckraum an einer ersten axialen Seite des Regelschiebers mit unter Druck stehendem Kühlmittel gefüllt wird.
-
Kühlmittelpumpen dienen in Verbrennungsmotoren zur Mengenregelung des geförderten Kühlmittels, um ein Überhitzen des Verbrennungsmotors zu verhindern. Der Antrieb dieser Pumpen erfolgt zumeist über einen Riemen- oder Kettentrieb, so dass das Kühlmittelpumpenrad mit der Drehzahl der Kurbelwelle oder einem festen Verhältnis zur Drehzahl der Kurbelwelle angetrieben wird.
-
In modernen Verbrennungsmotoren ist die geförderte Kühlmittelmenge an den Kühlmittelbedarf des Verbrennungsmotors oder des Kraftfahrzeugs anzupassen. Zur Vermeidung erhöhter Schadstoffemissionen und Minderung des Kraftstoffverbrauchs sollte insbesondere die Kaltlaufphase des Motors verkürzt werden. Dies erfolgt unter anderem dadurch, dass der Kühlmittelstrom während dieser Phase gedrosselt oder vollkommen abgeschaltet wird.
-
Zur Regelung der Kühlmittelmenge sind verschiedene Pumpenausführungen bekannt geworden. Neben elektrisch angetriebenen Kühlmittelpumpen sind Pumpen bekannt, die über Kupplungen, insbesondere hydrodynamische Kupplungen an ihren Antrieb angekoppelt oder von diesem getrennt werden können. Eine besonders kostengünstige und einfach aufgebaute Möglichkeit zur Regelung des geförderten Kühlmittelstroms ist die Verwendung eines axial verschiebbaren Regelschiebers, der über das Kühlmittelpumpenlaufrad geschoben wird, so dass zur Reduzierung des Kühlmittelstroms die Pumpe nicht in den umliegenden Förderkanal sondern gegen den geschlossenen Schieber fördert.
-
Die Regelung dieser Schieber erfolgt ebenfalls in unterschiedlicher Weise. Neben einer rein elektrischen Verstellung hat sich vor allem eine hydraulische Verstellung der Schieber bewährt. Diese erfolgt zumeist über einen ringförmigen Kolbenraum, der mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt wird, und dessen Kolben mit dem Schieber verbunden ist, so dass bei Füllung des Raumes der Schieber über das Laufrad verschoben wird. Eine Rückstellung des Schiebers erfolgt durch Öffnen des Kolbenraums zu einem Auslass, was zumeist über ein Magnetventil erfolgt sowie unter Einwirkung einer Feder, die die Kraft zur Rückstellung des Schiebers zur Verfügung stellt.
-
Aus der
DE 10 2011 079 898 A1 ist eine Kühlmittelpumpe bekannt, deren Fördermenge über einen Schieber, der über das Laufrad geschoben werden kann, geregelt wird. Die Verstellung erfolgt entweder über ein Wachs-Dehnelement oder einen hydraulischen Steller, die mit einem Scherenmechanismus gekoppelt werden können.
-
Aus der
US 4 070 132 A ist eine Pumpe mit einem Schieber bekannt, bei der zur Verstellung des Schiebers der Pumpendruck genutzt wird, indem ein Druck in einer Kammer hinter dem Schieber, der üblicherweise etwa dem Förderdruck der Pumpe entspricht, reduziert werden kann, indem das Fördermittel in Richtung des Einlasses über ein Magnetventil geführt wird, wodurch der Druck reduziert und der Schieber in Richtung der sich entleerenden Kammer verschoben wird, wodurch der Förderdruck der Pumpe erhöht wird.
-
Des Weiteren ist aus der
DE 10 2008 026 218 A1 eine regelbare Kühlmittelpumpe bekannt, bei der über eine zusätzliche Kolbenpumpe ein Druck zur Verstellung eines Schiebers erzeugt wird, der über ein Magnetventil wieder zur Pumpe abgelassen werden kann. Die Rückstellung erfolgt dann mittels einer auf den Schieber wirkenden Feder.
-
Zusätzlich ist aus der
DE 10 2013 018 205 B3 eine Pumpe bekannt, bei der mittels eines Pilotventils bei zu hohem Druck aus einer Druckkammer des Schiebers Druck abgelassen werden kann, so dass ein überhöhter Förderdruck der Pumpe verhindert wird. Eine Rückstellung des Schiebers erfolgt auch bei dieser Pumpe mittels einer Federkraft, die auf den Schieber wirkt.
-
Um die zum Verfahren des Schiebers benötigte Kühlmittelmenge nicht über zusätzliche Fördereinheiten, wie zusätzliche Kolben/Zylindereinheiten zur Verfügung stellen zu müssen oder andere Hydraulikflüssigkeiten zur Betätigung verdichten zu müssen, sind mechanisch regelbare Kühlmittelpumpen bekannt geworden, auf deren Antriebswelle ein zweites Förderrad angeordnet ist, über welches der Druck zur Verstellung des Schiebers zur Verfügung gestellt wird. Diese Pumpen werden beispielsweise als Seitenkanalpumpen oder Servopumpen ausgeführt.
-
Eine derartige Kühlmittelpumpe mit einer als Sekundärpumpe wirkenden Seitenkanalpumpe ist aus der
DE 10 2012 207 387 A1 bekannt. Bei dieser Pumpe wird über ein 3/2-Wegeventil in einer ersten Stellung eine Druckseite der Sekundärpumpe verschlossen und eine Saugseite der Pumpe mit dem Kühlkreislauf und dem Schieber verbunden und in einer zweiten Stellung die Druckseite mit dem Schieber und die Saugseite mit dem Kühlkreislauf verbunden. Zur Rückstellung des Schiebers dient eine Feder, auf die eventuell verzichtet werden können soll, indem durch den am Sauganschluss entstehenden Unterdruck eine Rückstellung der Pumpe erfolgen soll.
-
Problematisch ist es jedoch, dass beim Starten des Verbrennungsmotors zunächst kein ausreichender Kühlmitteldruck vorhanden ist, um den Regelschieber schnell in seine den Kanal verschließende Stellung zu verschieben und so einen Kühlmittelstrom zu unterbinden. Eine schnelle Regelung des Kühlmittelstroms ist somit unmittelbar nach dem Starten insbesondere bei Leerlaufdrehzahl nicht möglich, wodurch die Aufheizzeiten nicht so stark gekürzt werden können, wie bei einer unmittelbaren Abschaltung durch Verschieben des Regelschiebers in den Ringspalt.
-
Daher wird für Fahrzeuge mit Start- Stop-Automatik in mehreren Schriften eine Lösung vorgeschlagen, bei der zusätzlich zu einer mechanisch angetriebenen Pumpe eine Elektropumpe im Kühlmittelkreislauf angeordnet wird, um eine Förderung des Kühlmittels bei hohen Kühlmitteltemperaturen auch bei geringen Drehzahlen aufrecht erhalten zu können. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus der
WO 2012/119622A2 bekannt. Beim dort offenbarten Kühlsystem soll der Regelschieber zur Verhinderung einer unerwünschten Abkühlung beim Start in seine den Kanal verschließende Stellung verfahren werden. Dies funktioniert jedoch nur mit elektrisch betriebenen Aktoren, da bei Leerlaufdrehzahl in der Regel kein ausreichender hydraulischer Druck zur Verschiebung des Regelschiebers vorliegt.
-
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Regelung einer mechanisch regelbaren Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine bereit zu stellen, bei dem mit einer einzigen Kühlmittelpumpe sowohl eine schnelle, verzögerungsfreie Aufheizung des Verbrennungsmotors als auch ein ausreichender Kühlmittelstrom zur Verhinderung einer Überhitzung sichergestellt werden können.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Regelung einer mechanisch regelbaren Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.
-
Dadurch, dass zur Erhöhung des zum Pumpenauslass geförderten Kühlmittelvolumenstroms durch Vergrößerung des Durchströmungsquerschnitts ein zweiter Druckraum an einer zur ersten Seite axial gegenüberliegenden Seite des Regelschiebers mit unter Druck stehendem Kühlmittel gefüllt wird und beim Abschalten des Verbrennungsmotors der Regelschieber in eine definierte, von der Kühlmitteltemperatur abhängige Position verfahren wird, in der der Regelschieber bis zum Motorstart verbleibt, kann in Abhängigkeit des jeweiligen Betriebszustandes vorab ein zu erwartender Kühlmittelstrombedarf eingestellt werden, der sofort beim Start wirksam ist. Dies funktioniert durch die rein hydraulische Betätigung des Regelschiebers auf den keine ständig wirksamen Kräfte wie Federkräfte einwirken. Entsprechend behält der Regelschieber die beim Abschalten gewählte Position bis zum nächsten Motorstart immer bei.
-
Vorzugsweise wird der Regelschieber beim Abschalten des Verbrennungsmotors in eine den Ringspalt verschließende Position verfahren, wenn die Kühlmitteltemperatur unter einem definierten Schwellwert liegt. Dies hat zur Folge, dass beim Start des Verbrennungsmotors kein Kühlmittelstrom vorliegt, wodurch eine schnelle Aufheizung erreicht wird. Des Weiteren wird durch diese Stellung sichergestellt, dass in der Standphase kein Kühlmittelstrom durch den Thermosiphoneffekt entsteht, der beispielsweise in einem späten Zeitraum der Kaltstartphase zu einem erneuten Abkühlen des Verbrennungsmotors führen würde.
-
Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn der Regelschieber beim Abschalten des Verbrennungsmotors in eine den Ringspalt vollständig öffnende Position verfahren wird, wenn die Kühlmitteltemperatur dem definierten Schwellwert entspricht oder oberhalb des definierten Schwellwertes liegt. Diese Regelung hat zur Folge, dass ein Überhitzen beim Neustart nicht erfolgen kann, da sofort selbst bei Leerlauf ein ausreichender Kühlmittelstrom zur Verfügung steht, da die Kühlmittelpumpe frei fördern kann und während des Stillstandes durch den Thermosiphoneffekt eine zusätzliche Abkühlung des Motors erfolgt.
-
Dabei entspricht der Schwellwert vorzugsweise einem in einer Motorsteuerung definierten Sollwert für die Betriebstemperatur des Kühlmittels im Betrieb des Verbrennungsmotors. Dies ist somit der Wert, auf den das Kühlmittel im laufenden Betrieb des Fahrzeugs durch die Motorsteuerung eingeregelt werden soll, um einerseits eine gute Schmierung zu erreichen und andererseits ein Überhitzen zu vermeiden. Bei einem üblichen Kraftfahrzeug wäre ein solcher Schwellwert beispielsweise bei etwa 95°C anzusetzen.
-
Vorzugsweise erfolgt die Regelung beim Abschalten des Verbrennungsmotors durch Abstellen der Zündung des Verbrennungsmotors. Entsprechend kann ein optimaler Kühlmittelstrom beim Abstellen des Fahrzeugs für den nächsten Start voreingestellt werden.
-
Neben den beschriebenen Verfahren zur Regelung wäre es in diesem Zustand auch vorteilhaft, unabhängig von der vorhandenen Kühlmitteltemperatur beim Abstellen der Zündung des Verbrennungsmotors den Regelschieber in eine den Ringspalt verschließende Position zu verfahren. In diesem Zustand verlässt der Fahrer üblicherweise für einen kürzeren oder längeren Zeitraum das Fahrzeug, so dass aufgrund des längeren Stehens des Fahrzeugs ohnehin eine ausreichende Abkühlung stattfinden wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn geringe Umgebungstemperaturen vorliegen. Beim Neustart des Fahrzeugs wäre dies dann für den Kaltstart voreingestellt, so dass die Aufheizphase verkürzt würde.
-
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Regelung beim Abschalten des Verbrennungsmotors im Start-Stopp-Betrieb erfolgt. Der Regelschieber wird entsprechend beim Stop in eine Position verfahren, in der ein Überhitzen oder eine unerwünschte Abkühlung verhindert werden, indem der Schieber beim Stoppen entsprechend der Temperatur entweder geschlossen oder geöffnet wird.
-
Eine gleichartige Regelung erfolgt vorzugsweise auch in einem Segelbetrieb des Fahrzeugs, in dem der Verbrennungsmotor abgeschaltet wird und entsprechend keine Verbrennungswärme erzeugt. Auch in diesem Zustand kann entsprechend ein unerwünschtes Abkühlen oder Aufheizen in Abhängigkeit der Betriebstemperatur verhindert werden.
-
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das Öffnen des Ringspaltes durch eine fortschreitende Druckerhöhung im zweiten Druckraum erfolgt. Diese fortschreitende Druckerhöhung führt zu einem langsamen und kontinuierlichen Öffnen des Regelschiebers, wodurch ein plötzlicher Kaltwasserschwall verhindert wird, der zu einer sprunghaften Abkühlung des Kurbelgehäuses führen könnte.
-
In einer besonders bevorzugten Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Schwellwert für die Kühlmitteltemperatur in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur in einem Kennfeld hinterlegt. Entsprechend kann für kältere Umgebungstemperaturen der Schwellwert höher angesetzt werden, da eine stärkere Abkühlung beim Abstellen des Verbrennungsmotors auch ohne auftretenden Thermosiphoneffekt erfolgt.
-
Besonders einfach erfolgt die angestrebte Regelung, wenn je nach Stellung eines 3/2-Wege-Elektromagnetventils einer der Druckräume mit unter Druck stehendem Kühlmittel beaufschlagt wird und das 3/2-Wege-Elektromagnetventil beim Abschalten des Verbrennungsmotors angesteuert wird, um den Regelschieber in die geforderte Position zu verfahren. Somit kann durch ein kurzes Signal beim Abstellen der Regelschieber schnell in die gewünschte Position verfahren werden.
-
Es wird somit ein Verfahren zur Regelung einer mechanisch regelbaren Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine geschaffen, bei dem bereits beim Abstellen des Motors für einen optimalen Neustart eine Voreinstellung des Regelschiebers vorgenommen wird, durch den einerseits ein Überhitzen verhindert wird, indem ein ausreichender Kühlmittelstrom sichergestellt wird und andererseits ein zu schnelles Abkühlen des Verbrennungsmotors verhindert wird. Zusätzlich befindet sich der Regelschieber beim Start in der dann optimalen Position, um Warmlaufphasen zu verkürzen.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand einer hierfür geeigneten in den Figuren dargestellten Kühlmittelpumpe für einen Verbrennungsmotor nachfolgend beschrieben.
- 1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe in geschnittener Darstellung.
-
Die dargestellte Kühlmittelpumpe besteht aus einem Außengehäuse 10, in dem ein spiralförmiger Förderkanal 12 ausgebildet ist, in den über einen ebenfalls im Außengehäuse 10 ausgebildeten axialen Pumpeneinlass 14 ein Kühlmittel angesaugt wird, welcher über den Förderkanal 12 zu einem im Außengehäuse 10 ausgebildeten tangentialen Pumpenauslass 16 und in einen Kühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine gefördert wird.
-
Hierzu ist radial innerhalb des Förderkanals 12 auf einer Antriebswelle 18 ein Kühlmittelpumpenlaufrad 20 befestigt, welches als Radialpumpenrad ausgebildet ist, durch dessen Drehung die Förderung des Kühlmittels im Förderkanal 12 erfolgt. An der zum Pumpeneinlass 14 entgegengesetzten axialen Seite des Kühlmittelpumpenlaufrades 20 ist ein Regelpumpenlaufrad 22 ausgebildet, welches entsprechend mit dem Kühlmittelpumpenlaufrad 20 gedreht wird. Dieses Regelpumpenlaufrad 22 weist Schaufeln 24 auf, die axial gegenüberliegend zu einem als Seitenkanal ausgebildeten Strömungskanal 26 angeordnet sind, der in einem ersten inneren Gehäuseteil 28 ausgebildet ist. In diesem ersten Gehäuseteil 28 sind ein nicht sichtbarer Einlass und ein Auslass 30 ausgebildet, so dass das Regelpumpenlaufrad 22 mit dem Strömungskanal 26 eine Regelpumpe 32 bildet, über welche der Druck des Kühlmittels vom Einlass zum Auslass 30 erhöht wird.
-
Der Antrieb des Kühlmittelpumpenlaufrades 20 und des Regelpumpenlaufrades 22 erfolgt über einen Riemen 34, der in ein Riemenrad 36 greift, welches am zum Kühlmittelpumpenlaufrad 20 entgegengesetzten axialen Ende der Antriebswelle 18 befestigt ist. Ein Antrieb über einen Kettentrieb wäre ebenfalls möglich. Das Riemenrad 36 ist über ein zweireihiges Kugellager 38 auf einem zweiten Gehäuseteil 40 gelagert. Das zweite Gehäuseteil 40 weist eine innere axiale Durchgangsöffnung 42 auf, in die ein ringförmiger Vorsprung 44 des ersten Gehäuseteils 28 ragt, über den das erste Gehäuseteil 28 am zweiten Gehäuseteil 40 befestigt ist. Das zweite Gehäuseteil 40 ist unter Zwischenlage einer Dichtung 46 am Außengehäuse 10 befestigt. Hierzu weist das Außengehäuse 10 an seinem zum Pumpeneinlass 14 entgegengesetzten axialen Ende eine Aufnahmeöffnung 48 auf, in die ein ringförmiger Vorsprung 50 des zweiten Gehäuseteils 40 ragt.
-
Der ringförmige Vorsprung 50 dient gleichzeitig als rückwärtiger Anschlag 52 für einen Regelschieber 54, dessen zylindrische Umfangswand 56 derart über das Kühlmittelpumpenlaufrad 20 geschoben werden kann, dass ein freier Querschnitt eines Ringspalts 58 zwischen einem Austritt 60 des Kühlmittelpumpenlaufrades 20 und dem Förderkanal 12 geregelt wird. Entsprechend der Stellung dieses Regelschiebers 54 wird somit der durch den Kühlmittelkreislauf geförderte Kühlmittelstrom geregelt.
-
Der Regelschieber 54 weist neben der Umfangswand 56 einen Boden 62 mit einer inneren Öffnung 64 auf, von dessen Außenumfang aus sich die Umfangswand 56 axial durch einen ringförmigen Spalt 66 zwischen dem ersten Gehäuseteil 28 und dem Außengehäuse 10 in Richtung des sich axial anschließenden Ringspaltes 58 erstreckt. Am inneren Umfang und am äußeren Umfang des Bodens 62 ist jeweils in einer Radialnut ein Kolbenring 68 angeordnet, über die der Regelschieber 54 im radial inneren Bereich auf dem ersten Gehäuseteil 28 und im radial äußeren Bereich im ringförmigen Vorsprung 50 des zweiten Gehäuseteils 40 gleitend gelagert ist.
-
An der vom Kühlmittelpumpenlaufrad 20 abgewandten Seite des Regelschiebers 54 befindet sich ein erster Druckraum 70, der axial durch das zweite Gehäuseteil 40 und den Boden 62 des Regelschiebers 54 und radial nach außen durch das Außengehäuse 10 beziehungsweise den ringförmigen Vorsprung 50 des zweiten Gehäuseteils 40 und nach radial innen durch das erste Gehäuseteil 28 begrenzt wird. An der zum Kühlmittelpumpenlaufrad 20 gewandten Seite des Bodens 62 wird ein zweiter Druckraum 72 gebildet, der axial durch den Boden 62 und das erste Gehäuseteil 28, nach radial außen durch die Umfangswand 56 des Regelschiebers 54 und nach radial innen durch das erste Gehäuseteil 28 begrenzt wird. Je nach am Boden 62 des Regelschiebers 54 in den beiden Druckräumen 70, 72 anliegender Druckdifferenz wird die Umfangswand 56 des Regelschiebers 54 entsprechend in den Ringspalt 58 hinein- oder aus dem Ringspalt 58 herausgeschoben.
-
Die hierzu notwendige Druckdifferenz wird durch die Regelpumpe 32 erzeugt und mittels eines Ventils 74, welches als 3/2-Wege-Magnetventil ausgebildet ist, dem jeweiligen Druckraum 70, 72 zugeführt. Hierzu ist im zweiten Gehäuseteil 40 eine Aufnahmeöffnung 76 für das Ventil 74 ausgebildet, über welches je nach Position seines Schließkörpers 78 ein Durchströmungsquerschnitt 80 eines Druckkanals 82 geregelt wird. Dieser Druckkanal 82 erstreckt sich vom Auslass 30 des Strömungskanals 26 der Regelpumpe 32 bis zum ersten Druckraum 70. Der zweite Druckraum 72 ist über einen Verbindungskanal, welcher im ersten Gehäuseteil 28 ausgebildet ist, mit dem Strömungskanal 26 verbunden, wobei dieser Verbindungskanal durch eine Bohrung gebildet ist, die sich von einem Bereich des Einlasses aus dem Strömungskanal 26 direkt in den zweiten Druckraum erstreckt. Ein dritter, nicht dargestellter Strömungsanschluss des Regelventils führt zur Saugseite der Kühlmittelpumpe.
-
Soll die Kühlmittelpumpe im Betrieb eine maximale Kühlmittelmenge fördern, wird der Ringspalt 58 am Austritt 60 des Kühlmittelpumpenlaufrades 20 vollständig freigegeben, indem das Magnetventil 74 nicht bestromt wird, wodurch der Schließkörper 78 aufgrund einer Federkraft in seine den Durchströmungsquerschnitt 80 des Druckkanals 82 verschließende Stellung verschoben wird. Dies hat zur Folge, dass im ersten Druckraum 70 kein Druck durch das Kühlmittel aufgebaut wird, sondern das im Druckraum 70 vorhandene Kühlmittel über den nicht dargestellten anderen Strömungsanschluss des Magnetventils 74, der in diesem Zustand freigegeben ist, zum Pumpeneinlass 14 der Kühlmittelpumpe abströmen kann. Stattdessen fördert in diesem Zustand die Regelpumpe 32 gegen den geschlossenen Durchströmungsquerschnitt 80, wodurch sich im gesamten Strömungskanal 26 ein erhöhter Druck aufbaut, der auch im Bereich des Einlasses der Regelpumpe 32 wirkt und sich entsprechend über den Verbindungskanal auch im zweiten Druckraum 72 aufbaut. Dieser erhöhte Druck im zweiten Druckraum 72 hat zur Folge, dass am Boden 62 des Regelschiebers 54 eine Druckdifferenz entsteht, die dazu führt, dass der Regelschieber 54 in seine den Ringspalt 58 freigebende Position verschoben wird und somit eine Maximalförderung der Kühlmittelpumpe sichergestellt wird.
-
Wird ein reduzierter Kühlmittelstrom zum Kühlkreislauf von der Motorsteuerung gefordert, wie dies beispielsweise während des Warmlaufs des Verbrennungsmotors nach dem Kaltstart der Fall ist, wird das Magnetventil 74 bestromt, wodurch der Schließkörper 78 den Durchströmungsquerschnitt 80 des Druckkanals 82 freigibt. Entsprechend wird der am Auslass der Regelpumpe 32 entstehende Druck auch im Druckkanal 82 und im ersten Druckraum 70 erzeugt, während gleichzeitig der Druck im zweiten Druckraum 72 sinkt, da im Bereich des Einlasses durch das Ansaugen des Kühlmittels ein verringerter Druck entsteht. Dabei wird zunächst auch das im zweiten Druckraum 72 vorhandene Kühlmittel abgesaugt. In diesem Zustand liegt entsprechend erneut eine Druckdifferenz am Boden 62 des Regelschiebers 54 an, die dazu führt, dass der Regelschieber 54 in den Ringspalt 58 verschoben wird und somit der Kühlmittelstrom im Kühlkreislauf unterbrochen wird.
-
Wird ein Magnetventil 74, welches als Proportionalventil oder getaktetes Ventil mit variablem Tastverhältnis ausgeführt ist, verwendet, ist es auch möglich, das Ventil 74 in Zwischenstellungen zu fahren, wodurch für jede Position des Regelschiebers 54 ein Kräftegleichgewicht erzielbar ist, so dass eine vollständige Regelung des Durchströmungsquerschnitts des Ringspaltes 58 ermöglicht wird.
-
Zur Verstellung des Regelschiebers 54 wird entsprechend keine Federkraft verwendet. Stattdessen behält der Regelschieber 54 dieser Kühlmittelpumpe beim Abstellen des Verbrennungsmotors und dem daraus folgenden Stillstand beider Pumpenlaufräder 20, 22 jeweils die Position bei, die er zum Zeitpunkt des Abstellens aufweist, da lediglich durch Leckagen ein Druck in einem Druckraum abgebaut werden kann, was jedoch nicht zu einer Verstellung des Regelschiebers 54 führt, da dann in beiden Druckräumen im statischen Zustand ein Druckgleichgewicht herrscht, jedoch für eine Verstellung Reibungskräfte zu überwinden wären.
-
Dies wird erfindungsgemäß genutzt, um die Kühlmittelpumpe derart zu regeln, dass beim Abstellen des Verbrennungsmotors das Magnetventil 74 derart geschaltet wird, dass der Regelschieber 54 jeweils eine für einen folgenden Startvorgang optimierte Ausgangsstellung aufweist. Dies erfolgt insbesondere in Abhängigkeit der aktuellen Kühlmitteltemperatur im Vergleich zu einem definierten Schwellwert, der beispielsweise der üblichen Betriebstemperatur der Verbrennungskraftmaschine von beispielsweise etwa 95°C entspricht.
-
Wird nun beispielsweise die Zündung des Verbrennungsmotors abgestellt und die Temperatur des Kühlmittels beträgt 96°C, liegt also über dem Schwellwert, wird das Magnetventil 74 nicht bestromt, wodurch der Druck im zweiten Druckraum 72 steigt und der Regelschieber 54 in seine den Ringspalt 58 freigebende Stellung verschoben wird. Dies hat zur Folge, dass bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor das Kühlmittel aufgrund des Thermosiphoneffektes weiterhin zirkuliert und so weitere Wärme des noch heißen Verbrennungsmotor aufnimmt. Für dieses Abstellen kann jedoch auch der umgekehrte Weg beschritten werden und der Regelschieber 54 durch Bestromung des Magnetventils 74 in seine den Ringspalt 58 verschließende Position verfahren werden. Dies hat zur Folge, dass bei längerer Standzeit eine Abkühlung einsetzt, jedoch die Wärmemenge etwas länger gespeichert wird. Bei einem folgenden Start wäre der Regelschieber 54 in seiner verschließenden Position, so dass eine schnelle erneute Aufheizung des Kühlmittels zur Verkürzung der Warmlaufphase erfolgen würde. Ob der Regelschieber 54 beim Abstellen der Zündung in seine offene oder geschlossene Position verfahren wird, kann beispielsweise auch in Abhängigkeit der Außentemperatur entschieden werden. Bei besonders hohen Temperaturen würde der Regelschieber 54 dann eher in den offenen Zustand verfahren, um eine ausreichende Wärmeabfuhr sicher zu stellen und so ein Überhitzen des Motors zu verhindern.
-
Eine entsprechende Regelung kann auch für Fahrzeuge mit einer Start-Stopp-Automatik erfolgen. Wird der Motor im Start-Stopp-Betrieb abgestellt, sollte der Regelschieber 54 in Abhängigkeit der momentanen Kühlmitteltemperatur in den den Ringspalt 58 öffnenden Zustand verfahren werden, wenn die Betriebstemperatur erreicht und somit der Schwellwert überschritten ist, da nur von kurzen Standzeiten auszugehen ist, in denen keine große Abkühlung zu erwarten ist, jedoch eine Überhitzung des Kühlmittels durch den warmen Motor erfolgen könnte. Entsprechend erfolgt im abgestellten Zustand eine Zirkulation durch den Thermosiphoneffekt. Bei Start des Verbrennungsmotors befindet sich der Regelschieber dann in dieser Position, so dass ohne Zeitverzögerung wieder eine maximale Kühlmittelförderung stattfinden kann. Sollte die Betriebstemperatur noch nicht erreicht sein, wird der Regelschieber 54 beim Abschalten im den Ringspalt 58 verschließenden Zustand belassen oder in diesen bewegt. Dadurch wird eine Zirkulation des Kühlmittels ausgeschlossen und der Motor kann seine Wärme an das stehende Kühlmittel abgeben. Beim erneuten Start erfolgt ein weiteres Aufheizen des stehenden Kühlmittels, so dass die Warmlaufphase verkürzt wird.
-
Anschließend wird der Regelschieber 54 lediglich langsam geöffnet, um zu verhindern dass ein kalter Kühlmittelschwall aus der Pumpe in das Kurbelgehäuse strömt.
-
Eine entsprechende Regelung sollte auch während des Segelbetriebes des Kraftfahrzeugs erfolgen, in dem der Verbrennungsmotor vom Antriebsstrang abgekuppelt und ausgeschaltet wird. Nach dem Abschalten des Verbrennungsmotors kann anschließend die Bestromung des Ventils 74 beendet werden, ohne dass der Regelschieber 54 bei abgeschaltetem Motor verschoben wird. Nach dem erneuten Motorstart erfolgt die bekannte bedarfsabhängige Regelung des Regelschiebers. Diese folgende Regelung kann entweder über einen geschlossenen Regelkreis mit einer Lagerückmeldung des Regelschiebers erfolgen oder ohne Sensorik durchgeführt werden.
-
Ein derartiges Verfahren ermöglicht einerseits eine Regelung des Kühlmittelstroms bei abgestelltem Fahrzeug innerhalb der physikalisch vorhandenen Grenzen als auch eine optimale Stellung des Regelschiebers und damit des Kühlmittelstroms unmittelbar beim Startvorgang des Fahrzeugs, wodurch die Kaltlaufphase verkürzt werden kann. Insgesamt können die vorhandenen Wärmemengen besser genutzt werden und dennoch eine Überhitzung in allen Betriebszuständen sicher vermieden werden.
-
Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des Hauptanspruchs nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt ist. Insbesondere können andere Kühlmittelpumpen verwendet werden, wobei lediglich wichtig ist, dass der Regelschieber nicht durch äußere Kräfte nach dem Abschalten verschoben wird. Auch können verschiedene Schaltpunkte zur Regelung gewählt werden oder Zwischenstellungen des Schiebers angefahren werden, wenn dies sinnvoll ist.
