DE102016105911B4

DE102016105911B4 - System und Verfahren für einen Wärmeabsorber eines Hochtemperaturkühlers

Info

Publication number: DE102016105911B4
Application number: DE102016105911.0A
Authority: DE
Inventors: Sunil Katragadda; W. Cary Cole; Michael Levin; Danrich Henry Demitroff; Mathew John Fast; F. Zafar Shaikh
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-04-02
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2024-02-01
Anticipated expiration: 2036-04-01
Also published as: CN106050393A; CN106050393B; US9856779B2; DE102016105911A1; US20160290216A1

Abstract

Verfahren, umfassend:Einstellen eines Kühlerregelventils (89, 226) in eine erste Stellung, damit Kühlmittel nur durch einen ersten Bereich (212) eines Kühlers (72, 250) eines Fahrzeugkühlsystems (10), der Phasenübergangsmaterial (Phase Change Material, PCM) enthält, aber nicht durch einen zweiten Bereich (214) des Kühlers (72, 250) fließt, der kein Phasenübergangsmaterial enthält; undEinstellen des Kühlerregelventils (89, 226) in eine zweite Stellung, damit Kühlmittel nur durch den zweiten Bereich (214) des Kühlers (72, 250) aber nicht durch den ersten Bereich (212) fließt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich allgemein auf Verfahren und Systeme zum Regeln der Temperatur eines Mediums in einem Motorkühlsystem.
Hintergrund/Kurzdarstellung
Fahrzeugkühlsysteme stellen einem Fahrzeugmotor Kühlmittel zum Kühlen des Motors bereit. Das Kühlmittel kann mithilfe einer Wasserpumpe durch das Kühlsystem geleitet werden. Das Kühlmittel kann von der Wasserpumpe zu dem Motor fließen und wenn das Kühlmittel durch den Motor fließt, absorbiert es Wärme von dem Motor. Das aufgeheizte Kühlmittel fließt dann zu einem Kühler in dem Kühlsystem, um abgekühlt zu werden, bevor es zum Motor zurückkehrt. Herkömmliche Kühler können einen Ventilator umfassen, der Luft durch den Kühler bläst und das durch den Kühler fließende Kühlmittel abkühlt. Der Kühler kann insbesondere eine Vielzahl von Röhren, durch die das fließende Kühlmittel strömt, und wärmeleitende Lamellen umfassen, um die Wärmeübertragung von dem Kühlmittel in den Röhren an die Umgebungsluft zu verbessern. Die Wirksamkeit des Kühlers für das Kühlen des Kühlmittels kann jedoch unter bestimmten Betriebsbedingungen verringert werden, wie zum Beispiel, wenn die Umgebungslufttemperatur über einem Schwellenwert liegt. Wenn darüber hinaus die Temperatur des Kühlmittels den Siedepunkt des Kühlmittels erreicht, kann das Kühlmittel verdampfen und aus dem Kühlsystem entweichen und die Wirksamkeit des Kühlmittels für das Kühlen des Motors kann verringert werden, was seinerseits zu einem Motorverschleiß führt.
Frühere Versuche, das Verdampfen von Kühlmittel zu beheben, umfassen ein Verwenden eines Phasenübergangsmaterials (Phase Change Material, PCM), um überschüssige Wärme von dem Kühlmittel zu absorbieren. Das PCM wird aufgrund seiner hohen latenten Schmelzwärme als ein Wärmeabsorber verwendet. Wenn ein Feststoff seinen Schmelzpunkt erreicht, kann dem Material Energie zugeführt werden, ohne dass die Temperatur des Materials erhöht wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass Energie erforderlich ist, um die Phase des Materials von fest nach flüssig zu verändern. Auf die Menge der erforderlichen Energie zum Schmelzen eines Materials, ohne seine Temperatur zu ändern, kann als latente Schmelzwärme Bezug genommen werden. Aufgrund der großen latenten Schmelzwärme des PCM ist es in der Lage, eine erhebliche Wärmemenge zu absorbieren, während es seine Temperatur beibehält.
Somit kann das Aufnehmen von PCM in das Kühlsystem den Wirkungsgrad des Kühlsystems vergrößern.
Ein beispielhafter Ansatz zum Verwenden von PCM in einem Kühlsystem zum Verringern überschüssiger Kühlmitteltemperaturen wird in dem US-Patent US 7,735,461 B2 gezeigt, das vorgeschaltet zu dem Kühler eine Zusatzleitung bereitstellt, wobei die Zusatzleitung PCM-Kapseln enthält. Wenn die Kühlmitteltemperatur über einen Schwellenwert ansteigt, kann das Kühlmittel durch die Zusatzleitung geleitet werden, welche die PCM-Kapseln enthält, wobei der Schwellenwert die Schmelztemperatur des PCM sein kann. Da das Kühlmittel bei einer höheren Temperatur als das PCM ist, kann das PCM auf natürliche Weise Wärme aus dem Kühlmittel abziehen, was die Temperatur des PCM anhebt. Wenn das PCM jedoch aufgrund der hohen latenten Schmelzwärme des PCM seinen Schmelzpunkt erreicht, kann es auch weiter Wärme aus dem Kühlmittel abziehen, ohne dass seine eigene Temperatur erhöht wird. Daher stellt das PCM eine verbesserte Kühlung gegenüber anderen Materialien mit einer niedrigeren latenten Schmelzwärme bereit. Von daher kann das in dem US-Patent US 7,735,461 B2 bereitgestellte System den Kühlmittelfluss durch die Zusatzleitung umleiten, welche die PCM-Kapseln enthält, um den Kühlwirkungsgrad des Kühlmittels bei hohen Kühlmitteltemperaturen zu vergrößern.
Die Erfinder haben hierbei jedoch grundlegende Probleme mit diesen Systemen erkannt. Das Hinzufügen einer PCM enthaltenden Zusatzleitung zu einem Kühlsystem vergrößert die Röhrenmenge und die Anzahl der Ventile in dem Kühlsystem. Somit können die Kosten, Gehäusegröße und Komplexität dieser Kühlsysteme vergrößert werden. Außerdem werden die Risiken von undichten Stellen aufgrund der in diesen Systemen zusätzlich erforderlichen Installationen, und eines Versagens dieser Systeme vergrößert.
Von daher haben die Erfinder hier ein System und Verfahren bereitgestellt, um die oben beschriebenen Probleme zu beheben. Bei einem Beispiel können die oben beschriebenen Probleme durch ein Verfahren behoben werden, das umfasst: Einstellen eines Kühlerregelventils in eine erste Stellung, damit Kühlmittel nur durch einen ersten Bereich eines Kühlers, der Phasenübergangsmaterial (Phase Change Material, PCM) enthält, aber nicht durch einen zweiten Bereich des Kühlers fließt, der kein Phasenübergangsmaterial enthält, und Einstellen des Kühlerregelventils in eine zweite Stellung, damit Kühlmittel nur durch den zweiten Bereich eines Kühlers aber nicht durch den ersten Bereich des Kühlers fließt. Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad eines Kühlers vergrößert werden, während sowohl seine Größe als auch sein Stromverbrauch verringert werden können. Von daher kann die Kraftstoffeinsparung eines Motors verbessert werden.
Bei einem Beispiel können der erste und der zweite Bereich hohle Röhren umfassen, durch die Kühlmittel fließt. Der zweite Bereich kann wärmeleitende Lamellen zum Verbessern der Wärmeableitung aus dem Kühlmittel umfassen, das durch den zweiten Bereich fließt. Die Röhren in dem ersten Bereich können stattdessen jedoch von PCM umhüllt sein. Von daher kann der thermische Absorptionswirkungsgrad bei Kühlmitteltemperaturen über der Schmelztemperatur des PCM in dem ersten Bereich größer sein als in dem zweiten Bereich. Somit kann das Kühlerregelventil bei Kühlmitteltemperaturen über dem Schwellenwert in eine erste Stellung eingestellt werden, damit Kühlmittel durch den ersten Bereich des Kühlers fließt. Bei Kühlmitteltemperaturen unter dem Schwellenwert kann das Kühlerregelventil in eine zweite Stellung eingestellt werden, damit Kühlmittel durch den zweiten Bereich des Kühlers fließt. Wenn die Kühlmitteltemperaturen einen Schwellenwert überschreiten, kann das Kühlmittel somit durch das Fließen des Kühlmittels durch den ersten PCM-enthaltenden Bereich des Kühlers wirkungsvoller gekühlt werden, und somit kann die Kühlmittelmenge verringert werden, die durch eine Verdampfung entweicht. Außerdem können durch das Aufnehmen von PCM in den Kühler und das Regeln des Kühlmittelflusses in dem Kühler mithilfe des Regelventils die Gesamtkompaktheit und der Wirkungsgrad des Kühlsystems verbessert werden, wohingegen die Kosten und die Größe verringert werden können.
Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung ausführlicher beschrieben werden. Dies bedeutet aber nicht, dass entscheidende oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands herausgehoben werden, da dessen Umfang einzig durch die Ansprüche definiert wird, die nach der detaillierten Beschreibung folgen. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf die Umsetzungen beschränkt, welche die oben oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung erwähnten Nachteile beheben.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Motorkühlsystems.
2 ist eine perspektivische Seitenansicht eines beispielhaften Kühlers.
3 ist eine Querschnittansicht des beispielhaften Kühlers der 2.
4 ist ein Ablaufplan eines beispielhaften Verfahrens zum Regeln des Kühlmittelflusses in einem Motorkühlsystem.

Detaillierte Beschreibung
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum Regeln eines Kühlmittelflusses in einem Kühlsystem. In einem Kühlsystem wie zum Beispiel dem in 1 gezeigten Kühlsystem kann Kühlmittel zwischen einem Motor und einem Kühler mithilfe einer Pumpe durch das Kühlsystem geleitet werden. Das Kühlmittel kann durch den Motor geleitet werden, um Wärme von dem Motor zu absorbieren, wodurch der Motor gekühlt wird. Das aufgeheizte Kühlmittel kann dann zu einem Kühler in dem Kühlsystem fließen, um abgekühlt zu werden, bevor es zu dem Motor zurückkehrt. Ein Kühler wie zum Beispiel der in den 2 und 3 gezeigte Kühler kann eine Vielzahl von Röhren umfassen, durch die das Kühlmittel fließt, wenn das Kühlmittel durch den Kühler strömt. Die Wirksamkeit des Kühlers für das Kühlen des Kühlmittels kann jedoch unter bestimmten Betriebsbedingungen verringert werden, wie zum Beispiel, wenn die Umgebungslufttemperatur über einem Schwellenwert liegt. Bei diesen Bedingungen kann der Wärmeübergang von dem Kühlmittel zur Umgebungsluft verringert sein. Um den Wirkungsgrad des Kühlers zu vergrößern und/oder die Größe des Kühlers zu verringern, kann eine Vielzahl von PCM-enthaltenden Lamellen in den Kühler integriert sein. Wie in den 2 und 3 gezeigt wird, kann ein Kühler zum Beispiel zwei verschieden Bereiche umfassen: einen ersten Bereich, der das PCM enthält und einen zweiten Bereich, der die herkömmlichen oben beschriebenen wärmeleitenden Lamellen umfasst. Außerdem kann ein Kühlerregelventil in einen Kanal eingebunden sein, der in Strömungsverbindung sowohl mit dem ersten Bereich als auch mit dem zweiten Bereich steht. Durch Einstellen einer Stellung des Regelventils kann ein Kühlmittelfluss zu dem ersten und dem zweiten Bereich eingestellt werden. Bei einem Beispiel kann der Kühlmittelfluss zu dem ersten und dem zweiten Bereich aufgrund der Kühlmitteltemperatur eingestellt werden, wie in 4 beschrieben wird. Während Spitzenmotorlastbedingungen, wie zum Beispiel während einer Bergauffahrt und einer Fahrt mit Anhänger, können die Kühlmitteltemperaturen ansteigen. Wenn die Kühlmitteltemperatur über einen höheren ersten Schwellenwert ansteigt, wird das Kühlmittel bei einem Beispiel in den ersten Bereich des Kühlers geleitet. Aufgrund der hohen Schmelztemperatur und der latenten Schmelzwärme des PCM kann der erste Bereich wirksamer beim Ableiten von Wärme aus dem Kühlmittel als der zweite Bereich sein, wenn die Kühlmitteltemperatur über den ersten Schwellenwert ansteigt. Außerdem kann die in dem PCM gespeicherte Energie an das Kühlmittel zurückgegeben werden, wenn die Kühlmitteltemperatur unter einen niedrigeren zweiten Schwellenwert fällt. Auf diese Weise kann der Kühlwirkungsgrad des Kühlers vergrößert werden und die Gehäusegröße und der Stromverbrauch des Kühlers können verringert werden.
1 zeigt ein beispielhaftes Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor. Das Kühlsystem 10 umfasst einen Motor 52, einen Kühler 72, eine Pumpe 66 (z.B. eine Wasserpumpe oder eine Kühlpumpe) und verbindende Leitungen. Die Komponenten des Kühlsystems 10, die in Verbindung miteinander gezeigt werden, stehen in Strömungsverbindung, sodass das Kühlmedium mithilfe der Pumpe 66 zwischen dem Motor 52 und dem Kühler 72 zirkuliert. In der hier bereitgestellten Beschreibung wird auf das Kühlmedium auch als „Kühlmittel“ oder „flüssiges Kühlmittel“ Bezug genommen. Die Richtung des Kühlmittelflusses wird durch die Flusspfeile 25 angezeigt. Der Kühlmittelfluss in dem Kühlsystem 10 kann außerdem durch die Steuereinheit 12 gesteuert werden.
Der Motor 52 umfasst außerdem einen Zylinderblock 54 und einen Zylinderkopf 58, der auf dem Zylinderblock montiert ist. Bei einem Beispiel kann der Motor 52 ein Benzinmotor sein, wobei der Motor 52 durch Benzinkraftstoff angetrieben werden kann. Bei weiteren Beispielen kann der Motor 52 jedoch ein Dieselmotor sein, der durch Dieselkraftstoff angetrieben werden kann. Der Zylinderblock 54 weist einen ersten Kühlmantel 56 auf und der Zylinderkopf 58 weist einen zweiten Kühlmantel 60 auf. Der erste und der zweite Kühlmantel 56 bzw. 60 stehen mithilfe eines internen Kanals 62 zwischen dem Kopf 58 und dem Block 54 in Strömungsverbindung. Eine erste Kühlmitteleingangsleitung 64 steht in Strömungsverbindung mit dem ersten und zweiten Kühlmantel 56, 60 des Blocks 54, um Kühlmittel von der Pumpe 66 zu empfangen. Bei einigen Beispielen kann eine zweite Kühlmitteleingangsleitung 68 in dem Kühlsystem 10 enthalten sein, die in Strömungsverbindung mit dem zweiten Kühlmantel 60 des Kopfs 58 steht, um Kühlmittel von der Pumpe 66 zu empfangen. Bei weiteren Beispielen kann die zweite Kühlmitteleingangsleitung 68 jedoch nicht in dem Kühlsystem 10 enthalten sein und von daher kann Kühlmittel nur von dem Zylinderblock 54 und der ersten Kühlmitteleingangsleitung 64 zu dem Zylinderkopf 58 fließen.
Die Pumpe 66, die bei einigen Beispielen eine Wasser- oder Kühlpumpe sein kann (und auf die hier auch als Wasserpumpe 66 Bezug genommen werden kann), kann eine beliebige Pumpe sein, einschließlich einer Kreiselpumpe und/oder einer Flügelradpumpe. Bei einem Beispiel kann die Wasserpumpe 66 von dem Motor 52 angetrieben werden. Bei einem weiteren Beispiel kann die Wasserpumpe 66 durch ihren eigenen Motor angetrieben werden, der eines oder mehrere eines Hydraulik-, eines Druckluft- und eines Elektromotors sein kann. Die Wasserpumpe 66 kann in elektrischer Verbindung mit der Steuereinheit 12 stehen. Die Steuereinheit 12 kann elektrische Signale an die Wasserpumpe 66 senden, um die Kühlmittelmenge zu regeln, die durch das Kühlsystem 10 gepumpt wird. Die Steuereinheit 12 kann insbesondere Signale an den Elektromotor der Wasserpumpe 66 senden, um die Leistungs- und/oder die Drehzahlausgabe des Motors einzustellen. Der Wasserpumpenantrieb kann ein drehzahlvariabler Antrieb sein, der so angeordnet ist, dass die Ausgangsströmungsgeschwindigkeit der Pumpe variiert werden kann, um die Kühlmittelflussnachfrage über einen wünschenswerten Bereich zu erfüllen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Wasserpumpe 66 variabel verstellbare Flügelräder oder eine Motorüberbrückungsleitung verwenden, um den Kühlmittelfluss durch den Motor 52 zu variieren. Das Kühlmittel kann durch die Wasserpumpe 66 auf dem Weg zum Motor 52 zu einem Umlenkventil 82 gepumpt werden.
Das Umlenkventil 82 kann zwischen der Kühlpumpe 66 sowie den Kühlmitteleingangsleitungen 64 bzw. 68 und dem Motor 52 angeordnet sein. Das Umlenkventil 82 kann ein Stellglied zum Einstellen der Stellung des Ventils umfassen. Bei einer Ausführungsform ist kann das Stellglied ein Elektromotor sein. Bei weiteren Beispielen kann das Stellglied ein beliebiges anderes geeignetes Stellglied, wie zum Beispiel ein Druckluft- oder Hydraulikstellglied sein. Die Steuereinheit 12 kann elektrische Signale an das Stellglied senden, um die Stellung des Umlenkventils 82 einzustellen. Anders ausgedrückt, kann das Stellglied die Stellung des Umlenkventils 82 aufgrund von elektrischen Signalen einstellen, die von der Steuereinheit 12 empfangen werden. Das Umlenkventil 82 ist geeignet, um die Menge des Kühlmittelflusses selektiv zu regeln, die durch den Block 54 und den Kopf 58 zirkuliert. Das Umlenkventil 82 kann insbesondere den vollständigen Kühlmittelfluss zu der ersten Kühlmitteleingangsleitung 64 leiten, um nacheinander sowohl durch den Block 54 als auch den Kopf 58 zu strömen.
Das Umlenkventil 82 kann eingestellt werden, um einen Anteil des Kühlmittelflusses zu der zweiten Kühlmitteleingangsleitung 68 zu leiten. Das Kühlmittel überbrückt den Zylinderblock 54 und strömt durch den Zylinderkopf 58, indem es sich mit dem Anteil des Kühlmittels vermischt, der von dem Block 54 kommt. Dies behält den vollständigen Kühlmittelfluss durch den Kopf 58 bei, stellt aber einen verringerten Fluss durch den Block 54 bereit. Das Umlenkventil 82 erlaubt der Wasserpumpe 66 einen Betrieb mit einer verringerten Strömungsgeschwindigkeit, indem der Fluss selektiv dorthin geleitet wird, wo der Motor 52 eine Kühlung benötigt. Da die Kühlmittelmenge abnimmt, die durch die Kühlmäntel 56 und 60 gepumpt wird, nimmt somit die Energie ab, die zum Antrieb der Wasserpumpe 66 erforderlich ist, und der Wirkungsgrad des Kühlsystems 10 wird vergrößert. Wenn das Umlenkventil 82 den Kühlmittelfluss zum Block 54 verringert und den Überbrückungsfluss zum Kopf 58 leitet, kann der Kopf 58 mit einer kühleren Temperatur betrieben werden als der Block 54, der leichter auf einer gewünschten Betriebstemperatur gehalten werden kann. Dies erlaubt einen größeren Motorwirkungsgrad und verringerte Schadstoffemissionen. Das Betreiben des Kopfes 58 mit einer niedrigeren Temperatur als den Block 54 verringert auch die Wahrscheinlichkeit von Klopfen und kann erlauben, dass der Motor 52 mit einem niedrigeren Verdichtungsverhältnis betrieben wird.
Bei weiteren Ausführungsformen kann das Kühlsystem 10 jedoch das Umlenkventil 82 und die zweite Kühlmitteleingangsleitung 68 nicht umfassen, um einen Anteil des Kühlmittels zu dem Zylinderkopf 58 umzuleiten, ohne zuerst durch den Block 54 zu fließen. Somit kann das Kühlmittel bei einigen Beispielen nur durch den Zylinderkopf 58 fließen, nachdem es durch den Zylinderblock 54 geströmt ist.
Das Kühlmittel kann entlang einer Kühlmittelausgangsleitung 70 aus dem Motor 52 fließen und kann zu einem oder mehreren einer Heizelementüberbrückungsleitung 80 und eines Temperaturregelventils 74 geleitet werden. Der Kühlmittelfluss durch die Heizelementüberbrückungsleitung 80 kann durch ein Heizelementregelventil 86 geregelt werden, das in der Heizelementüberbrückungsleitung 80 angebracht ist. Die Heizelementüberbrückungsleitung 80 kann an einem Ende zwischen dem Motor 52 und dem Temperaturregelventil 74 mit der Kühlmittelausgangsleitung verbunden sein. An dem anderen Ende ist die Heizelementüberbrückungsleitung 80 mit der Rückführungsleitung 79 verbunden. Bei einem Beispiel kann das Heizelementregelventil 86 ein Thermostatventil sein. Bei einem weiteren Beispiel kann das Heizelementregelventil 86 durch ein Stellglied eingestellt werden. Das Stellglied kann in Verbindung mit der Steuereinheit 12 stehen. Von daher kann die Steuereinheit Signale an das Stellglied senden, um die Stellung des Heizelementregelventils 86 als Reaktion auf Signale von mehreren Sensoren und Befehle von einem Fahrzeugbenutzer einzustellen. Ein Heizelement 78 ist in der Heizelementüberbrückungsleitung 80 angebracht, um Wärme für eine (nicht gezeigte) Fahrgastzelle bereitzustellen. Von daher kann ein Anteil des Kühlmittels im Kühlsystem 10 von dem Motor 52 durch die Heizelementüberbrückungsleitung 80 zu der Wasserpumpe 66 geleitet werden.
Kühlmittel, das nicht durch die Heizelementüberbrückungsleitung 80 fließt, kann zu dem Temperaturregelventil 74 fließen. Das Temperaturregelventil 74 leitet den Kühlmittelfluss dann aufgrund der Temperatur des Kühlmittels entweder zum Kühler 72 oder zu einer Kühlerüberbrückungsleitung 76. Bei einer Ausführungsform kann das Temperaturregelventil 74 ein Thermostatventil sein, wobei Änderungen der Kühlmitteltemperatur eine Änderung der Stellung des Temperaturregelventils 74 verursachen. Das Temperaturregelventil 74 kann insbesondere ein Medium oder einen Feststoff umfassen, das oder der sich abhängig von der Kühlmitteltemperatur ausdehnen oder zusammenziehen kann. Bei einem Beispiel kann das Temperaturregelventil 74 ein Wachselement umfassen. Das Wachs kann als Reaktion auf steigende Kühlmitteltemperaturen schmelzen und wenn das Wachs schmilzt, dehnt es sich aus. Die Ausdehnung des Wachses kann einen Druck bereitstellen, der direkt oder indirekt die Stellung des Temperaturregelventils 74 betätigt. Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Ventil 74 ein betätigtes Ventil sein, wobei die Stellung des Ventils 74 durch ein Stellglied eingestellt werden kann, wobei das Stellglied durch die Steuereinheit 12 gesteuert wird. Bei einer Ausführungsform ist kann das Stellglied ein Elektromotor sein. Bei weiteren Beispielen kann das Stellglied ein beliebiges anderes geeignetes Stellglied, wie zum Beispiel ein Druckluft- oder Hydraulikstellglied sein. Die Steuereinheit 12 kann elektrische Signale an das Stellglied senden, um die Stellung des Temperaturregelventils 74 aufgrund einer Rückmeldung von einem Temperatursensor 90 einzustellen. Der Temperatursensor 90 kann in einer Kühlmittelausgangsleitung 70 zwischen dem Motor 52 und dem Temperaturregelventil 74 angebracht sein, um die Temperatur des Kühlmittels zu messen. Anders ausgedrückt kann die Steuereinheit 12 aufgrund der von dem Temperatursensor 90 empfangenen Signale, die der Kühlmitteltemperatur in dem Kühlsystem 10 entsprechen, elektrische Signale an das Stellglied des Temperaturregelventils 74 senden, um die Stellung des Temperaturregelventils 74 einzustellen.
Die Stellung des Temperaturregelventils 74 kann eingestellt werden, um den Kühlmittelfluss zum Kühler 72 und/oder der Kühlerüberbrückungsleitung 76 zu steuern. Wie in Bezug auf 3 ausführlicher erörtert wird, kann die Stellung des Temperaturregelventils 74 aufgrund der Kühlmitteltemperatur eingestellt werden. Wenn die Kühlmitteltemperatur bei einem Beispiel unter der Schwellenwerttemperatur liegt, kann die Stellung des Temperaturregelventils 74 so angepasst werden, dass Kühlmittel durch die Kühlerüberbrückungsleitung 76 fließt, ohne dass Kühlmittel durch den Kühler 72 fließt. Von daher kann der Kühlmittelfluss zu der Wasserpumpe 66 über die Kühlerüberbrückungsleitung 76 geleitet werden, um ein Überkühlen des Motors zu verringern.
Das Kühlmittel kann dann von dem Temperaturregelventil 74 entweder zum Kühler 72 und/oder zur Kühlerüberbrückungsleitung 76 fließen. Das Kühlmittel, das den Kühler 72 überbrückt, fließt durch die Kühlerüberbrückungsleitung 76 zur Wasserpumpe 66, bevor es wieder durch das Kühlsystem 10 zurückgeführt wird. Insbesondere kann die Kühlerüberbrückungsleitung 76 an einem Ende mit dem Temperaturregelventil 74 und an dem anderen Ende mit einer Rückführungsleitung 79 verbunden sein. Die Rückführungsleitung 79 kann Kühlmittel von einer oder mehreren der Heizelementüberbrückungsleitung 80, der Kühlerüberbrückungsleitung 76 und dem Kühler 72 zu der Wasserpumpe 66 leiten. Von daher kann das Kühlmittel in dem Kühlsystem 10 durch die Rückführungsleitung 79 fließen, bevor es von der Wasserpumpe 66 zurück durch das Kühlsystem 10 gepumpt wird.
Der Kühler 72 ist ein Wärmeübertrager, der geeignet ist, überschüssige Wärme aus dem Kühlmittel abzuleiten, das in dem Motor 52 aufgeheizt wurde und diese Wärme an die Umgebungsluft abzugeben. Der Kühler 72 kann das Kühlmittel von der Kühlmittelausgangsleitung 70 des Motors 52 empfangen. Das von dem Kühler 72 abgegeben Kühlmittel wird zurück zur Wasserpumpe 66 geleitet, damit es zum Kühlen des Motors 52 durch das System 10 zirkuliert. Ein Kühlmitteldruckentlastungsventil 88 kann in dem System 10 installiert sein. Bei einer Ausführungsform kann das Druckentlastungsventil 88 in den Kühler 72 eingebaut sein und kann sich in einer engeren Nachbarschaft zu dem Kühlmitteleingang des Kühlers 72 als zu dem Kühlmittelausgang des Kühlers 72 befinden. Das Druckentlastungsventil 88 kann insbesondere ein integraler Bestandteil des Kühlereinfülldeckels sein. Das Druckentlastungsventil 88 kann geöffnet sein, wenn der Druck in dem Kühler einen Schwellenwertdruck übersteigt. Der Schwellenwertdruck kann einer Kühlmitteltemperatur entsprechen, die nahe dem Kühlmittelsiedepunkt liegt.
Der Kühler 72 umfasst außerdem ein Kühlerregelventil 89. Bei einer Ausführungsform kann das Kühlerregelventil 89 ein Thermostatventil sein, wobei Änderungen der Kühlmitteltemperatur eine Änderung der Stellung des Kühlerregelventils 89 verursachen. Das Kühlerregelventil 89 kann insbesondere ein Medium oder einen Feststoff umfassen, das oder der sich abhängig von der Kühlmitteltemperatur ausdehnen oder zusammenziehen kann. Bei einem Beispiel kann das Kühlerregelventil 89 ein Wachselement umfassen. Das Wachs kann als Reaktion auf steigende Kühlmitteltemperaturen schmelzen und wenn das Wachs schmilzt, dehnt es sich aus. Die Ausdehnung des Wachses kann einen Druck bereitstellen, der direkt oder indirekt die Stellung des Kühlerregelventils 89 betätigt. Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Kühlerregelventil 89 ein betätigtes Ventil sein, wobei die Stellung des Kühlerregelventils 89 durch ein Stellglied eingestellt werden kann, wobei das Stellglied durch die Steuereinheit 12 gesteuert wird. Bei einer Ausführungsform kann das Stellglied ein Elektromotor sein. Bei weiteren Beispielen kann das Stellglied ein beliebiges anderes geeignetes Stellglied wie zum Beispiel ein Druckluft- oder Hydraulikstellglied sein. Die Steuereinheit 12 kann elektrische Signale an das Stellglied senden, um die Stellung des Kühlerregelventils 89 aufgrund einer Rückmeldung von einem Temperatursensor 90 einzustellen. Die Stellung des Kühlerregelventils 89 kann eingestellt werden, um dem Kühlmittelfluss in dem Kühler 72 zu steuern, wie in Bezug auf die 3 und 4 ausführlicher beschrieben wird.
Insbesondere zum Bereitstellen einer zusätzlichen Kühlung für das Kühlmittel kann ein Teil des Kühlers 72 Phasenübergangsmaterial (Phase Change Material, PCM) wie in Bezug auf 3 ausführlicher beschrieben wird, umfassen. Somit kann der Kühler zwei Bereiche umfassen: einen ersten Bereich, der PCM umfasst, und einen zweiten Bereich, der kein PCM umfasst. Der Kühlmittelfluss durch die zwei Bereiche kann durch das Kühlerregelventil 89 aufgrund der Kühlmitteltemperatur geregelt werden. Somit kann die Stellung des Kühlerregelventils 89 zwischen einer offenen ersten Stellung, bei der Kühlmittel durch den ersten Bereich des Kühlers fließt und einer geschlossen zweiten Stellung eingestellt werden, bei der Kühlmittel durch den zweiten Bereich des Kühlers fließt. Somit kann die Stellung des Kühlerregelventils als Reaktion auf Schwankungen der Kühlmitteltemperatur eingestellt werden, um den Kühlmittelfluss innerhalb des Kühlers 72 zu ändern.
Das Kühlsystem 10 kann auch einen Ventilator 84 umfassen, um einen Umgebungsluftstrom durch den Kühler 72 zu leiten und somit die Kühlrate des Kühlmittels zu vergrößern, das durch den Kühler strömt. Ein geeigneter Ventilator 84 kann eines oder mehrere eines Antriebs mit variabler Drehzahl, mit variablem Blattwinkel und mit einem umkehrbaren Motor aufweisen, um die Luftgeschwindigkeit und die Luftströmungsrichtung durch den Kühler 72 zu ändern. Der Ventilator 84 kann einen Elektromotor enthalten, um das eine oder die mehreren Ventilatorblätter anzutreiben. Außerdem kann der Elektromotor kann in einer elektrischen Verbindung mit der Steuereinheit 12 stehen. Von daher kann die Steuereinheit 12 Signale an den Ventilator 84 senden, um die Leistung und/oder die Drehzahl des Ventilators einzustellen.
Die Steuereinheit 12 kann als ein Mikrocomputer konfiguriert sein, der eine Mikroprozessoreinheit, Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, einen Direktzugriffsspeicher, einen batteriebetriebenen Speicher und einen Datenbus umfasst. Die Steuereinheit 12 kann verschiedene Signale von Sensoren 16, wie zum Beispiel einem Temperatursensor 90, einem Drucksensor im Kühler 72 usw. empfangen, die mit dem Kühlsystem 10 verbunden sind. Außerdem kann die Steuereinheit 12 die Verwendung verschiedener Stellglieder 81 überwachen und einsetzen, um die Stellung verschiedener Ventile, wie zum Beispiel des Temperaturregelventils 74, des Heizelementregelventils 86, des Kühlerregelventils 89 und des Umlenkventils 82 usw. aufgrund der empfangenen Signale und der in dem Speicher der Steuereinheit gespeicherten Befehle einzustellen. Die Steuereinheit 12 kann die Kühlmitteltemperatur, die Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit, die Luftströmungsgeschwindigkeit und die Motorklopfinformationen mithilfe der Ausgaben der verschiedenen Sensoren überwachen. Aufgrund dieser Faktoren kann die Steuereinheit die angemessene Menge des Kühlmittelflusses durch den Motor 52 und/oder die Drehzahl des Ventilators 84 ermitteln, um das Kühlmittel innerhalb eines gewünschten Temperaturbereichs zu halten. Der gewünschte Temperaturbereich des Kühlmittels wird weiter unten in Bezug auf 4 ausführlicher erklärt. Der schreibgeschützte Speicher des Speichermediums in der Steuereinheit 12 kann mit computerlesbaren Daten programmiert werden, die Befehle darstellen, die von einem Prozessor ausgeführt werden können, um die Verfahren, die hier weiter unten in Kombination mit den oben beschriebenen Motorsystemkomponenten beschrieben werden, sowie weitere Varianten ausführen zu können, die vorhersehbar, aber nicht spezifisch aufgelistet sind. Beispielhafte Verfahren und Prozesse werden hier in Bezug auf 4 beschrieben.
Auf diese Weise kann ein Kühlsystem umfassen: einen Motor, eine Pumpe zum Zirkulieren eines Kühlmittels in dem Kühlsystem, einen Kühler, der zwei Bereiche umfasst, einen ersten Bereich, der Phasenübergangsmaterial (Phase change material, PCM) enthält, und einen zweiten Bereich der kein PCM enthält, wobei der Kühler außerdem ein Kühlerregelventil, um den Kühlmittelfluss zu jedem des ersten und des zweiten Bereichs zu steuern, und eine Steuereinheit umfasst. Die Steuereinheit kann computerlesbare Befehle umfassen, um als Reaktion auf eine oder mehrere aus einer Kühlmitteltemperatur, die über einen ersten Schwellenwert ansteigt, und einer Kühlmitteltemperatur, die unter einen zweiten Schwellenwert fällt, wobei der zweite Schwellenwert niedriger als der erste Schwellenwert ist, eine Stellung des Kühlerregelventils in eine erste Stellung einzustellen und zu veranlassen, dass Kühlmittel nur zum ersten Bereich aber nicht zum zweiten Bereich fließt. Die Steuereinheit kann zusätzliche computerlesbare Befehle umfassen, um als Reaktion auf eine oder mehrere aus einer Kühlmitteltemperatur, die über einen dritten Schwellenwert ansteigt, wobei der dritte Schwellenwert größer als der zweite Schwellenwert aber niedriger als der erste Schwellenwert ist, und einer Kühlmitteltemperatur, die unter den ersten Schwellenwert fällt, die Stellung des Kühlerregelventils in eine zweite Stellung einzustellen und zu veranlassen, dass Kühlmittel nur zum zweiten Bereich aber nicht zum ersten Bereich fließt. Die computerlesbaren Befehle können außerdem Befehle umfassen, um als Reaktion darauf, dass die Kühlmitteltemperatur unter den ersten Schwellenwert fällt, eine Stellung des Temperaturregelventils in eine erste Stellung einzustellen und Kühlmittel durch die Kühlerüberbrückung fließen zu lassen. Der Kühler kann außerdem einen Kühlmitteleingang umfassen, der in Strömungsverbindung mit dem Kühlsystem und dem Kühler steht, um Kühlmittel von außerhalb des Kühlers in einen Eingangstank des Kühlers fließen zu lassen, wobei der Eingangstank in Strömungsverbindung mit dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich steht und wobei das Kühlerregelventil in dem Eingangstank des Kühlers angebracht ist und in Strömungsverbindung mit dem Kühlmitteleingang, dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich steht.
In 2 wird jetzt eine perspektivische Seitenansicht 200 eines beispielhaften Kühlers 250 gezeigt, der in dem Kühlsystem 10 verwendet werden kann, das weiter oben in Bezug auf 1 beschrieben wurde. Der in 2 gezeigte Kühler 250 ist ein Beispiel des in 1 gezeigten Kühlers 72. Von daher kann der Kühler 250 bei einigen Beispielen der Kühler 72 aus 1 sein. Wie in 2 gezeigt wird, kann der Kühler 250 wie ein rechteckiges Prisma geformt sein. Bei weiteren Ausführungsformen kann der Kühler 250 jedoch andere prismatische Formen, wie zum Beispiel dreieckige, quadratische, sechseckige, zylindrische oder unregelmäßige Formen annehmen.
In 2 wird ein Achsensystem 240 gezeigt, das eine vertikale, eine horizontale, und eine seitliche Achse umfasst. In der gesamten Offenbarung können die relativen Positionierungen der Komponenten des Kühlers 250 durch ihre vertikale, horizontale und/oder seitliche Position beschrieben werden, wie sie durch die Pfeile in 2 gezeigt werden. Insbesondere können „oben“ und „unten“ hier verwendet werden, um sich auf die physischen Grenzen oder Ausdehnungen einer Komponente in der vertikalen Richtung zu beziehen. Außerdem kann „über“ verwendet werden, um die relative Position einer Komponente in der positiven vertikalen Richtung in Bezug auf eine andere Komponente zu beschreiben, während „unter“ verwendet wird, um die relative Position einer Komponente in der negativen vertikalen Richtung in Bezug auf eine andere Komponente zu beschreiben.
Der Kühler 250 umfasst einen Kühlkern 202, der zwischen einem Eingangstank 204 und einem Ausgangstank 206 angebracht ist. Eine obere Platte 208 und eine untere Platte 210 können an dem Eingangstank 204 und dem Ausgangstank 206 an beiden Enden des Kühlkerns 202 befestigt sein, um eine Struktur und eine Stütze für den Kühler 250 bereitzustellen. Somit kann die physische Ausdehnung des Kühlkerns 202 in der vertikalen und der horizontalen Richtung zwischen dem Eingangstank 204 und dem Ausgangstank 206 und zwischen der oberen Platte 208 und der unteren Platte 210 definiert werden. Die obere Platte 208 und die untere Platte 210 können befestigt werden, indem ein geeignetes Verfahren wie zum Beispiel Schweißen, Spritzgießen, Verbolzen, Verschrauben usw. verwendet wird. Der Eingangstank 204 und der Ausgangstank 206 können sich außerdem entlang der vollständigen Ausdehnung des Kühlkerns 202 erstrecken.
Der Einfachheit halber wurde die Feinstruktur und die Feinkonfiguration des Kühlkerns 202 in dem in 2 gezeigten Kühler 250 weggelassen. Obwohl dies in 2 nicht gezeigt wird, umfasst der Kühlkern 202 jedoch eine Vielzahl von Röhren und Lamellen zum Kühlen des Kühlmittels, wenn es durch den Kühler 250 strömt. Die vollständige Struktur und Konfiguration des Kühlkerns 202 einschließlich seiner Röhren und Lamellen wird weiter unten in Bezug auf 3 ausführlicher gezeigt und beschrieben.
Ein Kühlmitteleingang 222 zum Empfangen des Kühlmittels von einem Kühlsystem (z.B. dem Kühlsystem 10 in 1) wird in dem Eingangstank 204 bereitgestellt. Der Kühlmitteleingang 222 kann insbesondere an einem Ende in Strömungsverbindung mit einem Kühlmittelkanal (z.B. der Kühlmittelausgangsleitung 70 in 1) stehen, wodurch Kühlmittel dem Kühler 250 von einem Motor (z.B. dem Motor 52 in 1) zugeführt wird. An seinem andern Ende kann der Kühlmitteleingang 222 in Strömungsverbindung mit dem Eingangstank 204 stehen. Von daher kann Kühlmittel, nachdem es durch den Motor geflossen ist, zu dem Kühlmitteleingang 222 des Kühlers 250 fließen. Somit kann der Kühlmitteleingang 222 Kühlmittel von dem Außenbereich des Kühlers 250 in den Innenbereich des Kühlers 250 und insbesondere in den Eingangstank 204 leiten. Auf ähnliche Weise umfasst der Ausgangstank 206 einen Kühlmittelausgang 224, um Kühlmittel von dem Kühler 250 zurück zu den anderen Komponenten des Kühlsystems, wie zum Beispiel dem Motor zu leiten. Der Kühlmittelausgang 224 kann insbesondere an einem Ende in Strömungsverbindung mit dem Ausgangstank 206 stehen und an dem anderen Ende mit einem Kühlmittelkanal (z.B. der Rückführungsleitung 79 in 1) verbunden sein, um Kühlmittel zu einer Wasserpumpe (z.B. der Wasserpumpe 66 in 1) fließen zu lassen. Somit kann der Kühlmittelausgang 224 Kühlmittel von dem Innenbereich des Kühlers 250 in den Außenbereich des Kühlers 250 und insbesondere zu der Kühlsystempumpe und dem Motor leiten.
Das Kühlmittel kann daher über den Kühlmitteleingang in den Kühler 250 und zuerst durch den Eingangstank 204, danach den Kühlkern 202 und schließlich den Ausgangstank 206 fließen, bevor es den Kühler 250 über den Kühlmittelausgang 224 verlässt. Somit befindet sich der Kühlmitteleingang 222 vorgeschaltet zu dem Eingangstank, der sich vorgeschaltet zu dem Kühlkern 202 befindet, der wiederum vorgeschaltet zu dem Ausgangstank 206 ist. Der Kühler 250 kann auch einen Ventilator (z.B. den Ventilator 84 in 1) umfassen. Der Ventilator ist konfiguriert, um Luft durch den Kühlkern 202 zu blasen, um das Kühlmittel zu kühlen, das durch den Kühler 250 fließt, wie weiter oben in Bezug auf 1 ausführlicher beschrieben wurde. Bei einem Beispiel kann der Ventilator physisch mit dem Außenbereich des Kühlers 250 verbunden sein. Bei einem weiteren Beispiel kann der Ventilator in den Kühler 250 integriert sein. Bei einem weiteren Beispiel kann der Ventilator in einem Abstand von dem Kühler 250 angebracht sein.
Der Kühler 250 umfasst außerdem ein Kühlmittelregelventil 226 (z.B. das in 1 gezeigte Kühlerregelventil 89). Bei einigen Beispielen kann das Kühlmittelregelventil 226 das Gleiche sein wie das Kühlerregelventil 89, wie es weiter oben in Bezug auf 1 beschrieben wurde. Wie weiter unten in Bezug auf die 3 und 4 ausführlicher beschrieben wird, kann das Kühlmittelregelventil 226 den Kühlmittelfluss zu verschiedenen Bereichen des Kühlkerns 202 aufgrund der Kühlmitteltemperatur regeln. Somit kann die Stellung des Kühlerregelventils 226 als Reaktion auf Schwankungen der Kühlmitteltemperatur eingestellt werden, um den Kühlmittelfluss innerhalb des Kühlers 250 zu ändern. Bei einer Ausführungsform kann das Kühlerregelventil 226 ein Thermostatventil sein, wobei Änderungen der Kühlmitteltemperatur eine Änderung der Stellung des Kühlerregelventils 226 verursachen. Das Kühlerregelventil 226 kann insbesondere ein Medium oder einen Feststoff umfassen, das oder der sich abhängig von der Kühlmitteltemperatur ausdehnen oder zusammenziehen kann. Bei einem Beispiel kann das Kühlerregelventil 226 ein Wachselement umfassen. Das Wachs kann als Reaktion auf steigende Kühlmitteltemperaturen schmelzen und wenn das Wachs schmilzt, dehnt es sich aus. Die Ausdehnung des Wachses kann einen Druck bereitstellen, der direkt oder indirekt die Stellung des Kühlerregelventils 226 betätigt. Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Kühlmittelregelventil ein betätigtes Ventil sein, wobei die Stellung des Kühlmittelregelventils 226 durch ein Stellglied eingestellt werden kann, wobei das Stellglied durch eine Steuereinheit (z.B. die Steuereinheit 12 in 1) gesteuert wird. Bei einem Beispiel kann das Stellglied ein Elektromotor sein. Bei weiteren Beispielen kann das Stellglied ein beliebiges anderes geeignetes Stellglied, wie zum Beispiel ein Druckluft- oder Hydraulikstellglied sein. Die Steuereinheit kann elektrische Signale an das Stellglied senden, um die Stellung des Kühlmittelregelventils 226 aufgrund einer Rückmeldung von einem Temperatursensor (z.B. dem Temperatursensor 90 in 1) einzustellen.
Wie in 2 gezeigt wird, definiert die Schnittebene 275 den Querschnitt des in 3 gezeigten Kühlers.
In 3 wird jetzt eine Seitenquerschnittsansicht 300 des beispielhaften Kühlers 250 gezeigt, der oben in Bezug auf 2 beschrieben wurde. Von daher können die Komponenten, die oben in Bezug auf 2 beschrieben wurden, in 3 die gleichen Bezugszeichen verwenden. Ein Querschnitt des Kühlers 250 wurde entlang der in 2 gezeigten Schnittebene 275 geschnitten, wodurch der Innenbereich des Kühlkerns 202 des Kühlers 250 freigelegt wird. Insbesondere ist eine Vielzahl von Röhren 218 (z.B. interne Kühlröhren) in einer einzigen vertikalen Säule von Röhren 218 in dem Kühlkern 202 angeordnet. Es ist wichtig zu beachten, dass mehr als eine Säule von Röhren 218 vorhanden sein kann, da 3 nur einen Querschnitt des Kühlers 250 zeigt.
Der Kühlkern 202 umfasst zwei unterschiedliche Bereiche (auf die Bereiche kann hier auch als unterschiedliche und strömungstechnisch getrennte Anteile oder Abschnitte des Kühlkerns 202 Bezug genommen werden): einen ersten PCM-enthaltenden Bereich 212 und einen zweiten Bereich 214, wobei der zweite Bereich kein PCM enthält. Der Einfachheit halber werden die zwei Bereiche 212 und 214 durch einen trennenden Zwischenraum 216 dargestellt. Somit können der erste Bereich 212 und der zweite Bereich 214 durch den Zwischenraum 216 voneinander getrennt sein, wobei keine zusätzlichen Komponenten zwischen die beiden Bereiche eingefügt sind. Bei weiteren Beispielen müssen der erste Bereich 212 und der zweite Bereich 214 nicht durch einen Zwischenraum voneinander getrennt sein. Bei einem Beispiel können der erste Bereich 212 und der zweite Bereich 214 physisch miteinander verbunden sein. Bei einem weiteren Beispiel müssen der erste Bereich 212 und der zweite Bereich 214 nicht physisch miteinander verbunden sein, es können jedoch zusätzliche Komponenten zwischen dem ersten Bereich 212 und dem zweiten Bereich 214 vorhanden sein. Die zusätzlichen Komponenten können insbesondere in einem physischen Kontakt mit den beiden Bereichen stehen oder physisch mit beiden verbunden sein.
Der PCM-enthaltende erste Bereich 212 kann über dem zweiten Bereich 214 angebracht sein. Sowohl der erste Bereich 212 als auch der zweite Bereich 214 umfassen eine Vielzahl von hohlen Röhren 218, wobei sich jede der Röhren 218 von dem Eingangstank 204 zu dem Ausgangstank 206 erstreckt. Insbesondere kann ein erstes Ende von jeder der Röhren 218, das eine erste Öffnung umfasst, in Strömungsverbindung mit dem Eingangstank 204 stehen, während das entgegengesetzte Ende von jeder der Röhren 218, das eine zweite Öffnung umfasst, in Strömungsverbindung mit dem Ausgangstank 206 stehen kann. Die Röhren 218 umfassen jeweils einen hohlen Innenraum, der es einem Medium (z.B. einem Kühlmittel) erlaubt, hindurchzuströmen. Außerdem kann in dem zweiten Bereich 214 eine Vielzahl von Lamellen 221 mit dem Außenbereich der Röhren 218 verbunden sein und diese können sich über die ganze Länge von jeder der Röhren 218 erstrecken. In dem ersten Bereich 212 kann eine Vielzahl von PCM-Lamellen 220 mit dem Außenbereich der Röhren 218 in dem ersten Bereich 212 verbunden sein und diese können sich über die ganze Länge von jeder der Röhren 218 in dem ersten Bereich 212 erstrecken. Der Anteil der Röhren 218, der in dem ersten Bereich 212 enthalten ist, muss nicht in Strömungsverbindung mit dem Anteil der Röhren 218 stehen, die in dem zweiten Bereich 214 enthalten ist. Von daher müssen der erste Bereich 212 und der zweite Bereich 214 nicht in Strömungsverbindung miteinander stehen und können voneinander getrennt sein. Somit fließt das Kühlmittel, sobald es in den ersten Bereich 212 eintritt, nicht auch durch den zweiten Bereich 214. Auf ähnliche Weise fließt das Kühlmittel, sobald es in den zweiten Bereich 214 eintritt, nicht auch durch den ersten Bereich 212.
Die Vielzahl von Lamellen 221, die in dem zweiten Bereich 214 des Kühlers 250 enthalten ist, wird aus einem leitfähigen Material hergestellt. Bei einem Beispiel kann das Material Aluminium sein. Bei weiteren Beispielen kann das leitfähige Material jedoch eines oder mehrere aus Kupfer, Messing, einer Kupferlegierung usw. sein. Von daher können die Lamellen 221, die in dem zweiten Bereich 214 enthalten sind, die Wärmeableitung aus dem Kühlmittel vergrößern, das durch den Anteil der Röhren 218 fließt, der in dem zweiten Bereich 214 enthalten ist. Wenn der Ventilator Luft durch den zweiten Bereich 214 des Kühlers 250 und über die Lamellen 221 bläst, können von daher die Anteile der Lamellen 221, die in dem zweiten Bereich 214 enthalten sind, die Wärmemenge vergrößern, die aus dem Kühlmittel abgeleitet wird, das durch den Anteil der hohlen Röhren 218 fließt, der in dem zweiten Bereich 214 enthalten ist.
Die PCM-Lamellen 220, die in dem ersten Bereich 212 des Kühlers enthalten sind, umfassen ein Phasenübergangsmaterial (PCM). Das Phasenübergangsmaterial (PCM) steht in einem thermischen Kontakt mit dem flüssigen Kühlmittel in dem Anteil der Röhren 218, der in dem ersten Bereich 212 des Kühlkerns 202 enthalten ist. Das PCM befindet sich unterhalb seiner Schmelztemperatur in einer festen Phase. Wenn es jedoch Temperaturen über seiner Schmelztemperatur ausgesetzt wird, beginnt das feste PCM zu schmelzen. Die von dem PCM absorbierte Energie zum Übergang von der festen Phase zur flüssigen Phase bei der charakteristischen Schmelztemperatur ist als latente Schmelzwärme bekannt. Die in der flüssigen Phase gespeicherte latente Schmelzwärme wird bei der Wiedererstarrung freigesetzt. Somit kann das PCM thermische Energie aus einem Körper mit einer höheren Temperatur als das PCM absorbieren, während es seine Temperatur bei seiner Schmelztemperatur hält, bis das PCM einem umkehrbaren Schmelzen unterliegt. Ein geschmolzenes PCM kann thermische Energie an einen Körper mit einer niedrigeren Temperatur als das PCM übertragen und kann dadurch einem umkehrbaren Erstarren (Einfrieren) unterliegen.
Das PCM kann eine Schmelztemperatur aufweisen, die höher ist als ein gewünschter Bereich von Kühlmitteltemperaturen, wie er von einer Steuereinheit (z.B. der Steuereinheit 12 in 1) des Kühlsystems (z.B. des Kühlsystems 10 in 1) ermittelt wird. Der gewünschte Bereich von Kühlmitteltemperaturen wird weiter unten in Bezug auf 4 ausführlicher beschrieben. Außerdem kann die PCM-Schmelztemperatur niedriger als die Temperatur sein, bei der ein Druckentlastungsventil (z.B. das Kühlmitteldruckentlastungsventil 88 in 1) öffnet. Das PCM kann organische und/oder anorganische Materialien, wie zum Beispiel eines oder mehrere aus Calciumchlorid-Hexahydrat (Ca₁₂H₁₂O₆), Benzoesäure (C₆H₅COOH) und Erythritol (C₄H₁₀O₄) umfassen. Somit kann das PCM Wärme speichern, wenn es durch die latente Schmelzwärme von einer festen in eine flüssige Phase übergeht. Von daher kann das PCM auch in der Lage sein, Wärme auf ein Medium zu übertragen, das durch die Röhren 218 strömt, die mit den PCM-Lamellen 220 verbunden sind, welche das PCM enthalten.
Bei einigen Beispielen ist PCM in den Lamellen 220 enthalten, die in dem ersten Bereich 212 enthalten sind. Von daher können die PCM-Lamellen 220 eine hohle äußere Hülle umfassen, die aus einem leitfähigen Material, wie zum Beispiel Aluminium, hergestellt ist. Das PCM kann in der Hülle der PCM-Lamellen 220 enthalten sein, sodass die PCM-Lamellen 220 eine leitfähige hohle Hülle umfassen, die mit PCM gefüllt ist. Bei einem weiteren Beispiel kann der Anteil der PCM-Lamellen 220, der in dem ersten Bereich 212 enthalten ist, ausschließlich aus PCM hergestellt sein und möglicherweise keine leitfähige Hülle umfassen. Von daher können die Röhren 218 in dem ersten Bereich 212 vollständig von PCM umhüllt sein. Somit kann sich PCM vollständig zwischen den Röhren 218 in dem ersten Bereich 212 erstrecken. Anders ausgedrückt, kann jede Röhre der Röhren 218 in dem ersten Bereich 212 um ihre Röhrenaußenfläche mit PCM umgeben sein.
Bei einigen Beispielen können die PCM-Lamellen 220, die in dem ersten Bereich 212 enthalten sind, und die Lamellen 221, die in dem zweiten Bereich 214 enthalten sind, in physischem Kontakt mit der Außenfläche von zwei benachbarten Röhren der Vielzahl von hohlen Röhren 218 stehen und/oder sie können physisch mit diesen verbunden sein. Bei dem in 3 gezeigten Beispiel können sich die Lamellen 221 in dem zweiten Bereich 214 zwischen allen Röhren in der Vielzahl von Röhren 218 in einem Zickzackmuster erstrecken. Anders ausgedrückt kann bei einem Fortschreiten in horizontaler Richtung (von links nach rechts in 3) zwischen zwei benachbarten Röhren 218 eine abwechselndes Muster aus Lamellen 221 und Luftkanälen 228 vorhanden sein, wobei eine Lamelle auf einen Kanal und umgekehrt folgt. Somit können Luftkanäle 228 zwischen den Lamellen 221 vorhanden sein, die es der Luft erlauben, durch den Kühlkern 202 in seitlicher Richtung zu strömen (wobei die seitliche Richtung senkrecht zur Richtung des Medienflusses durch die Röhren 218 ist). Anders ausgedrückt kann von dem Ventilator geblasene Luft durch die Luftkanäle 228 zwischen jeder der Lamellen 221 strömen. Bei weiteren Beispielen können die Lamellen 221 mit einem anderen Muster in physischem Kontakt mit zwei benachbarten Röhren 218 stehen und/oder physisch mit diesen verbunden sein. Zum Beispiel können die Lamellen 221 zwischen benachbarten Röhren in einem Gitterwerk, parallel, in Schlangenlinien usw. angeordnet sein. Bei weiteren Beispielen können die Lamellen 221 nur mit einer aus der Vielzahl von Röhren 218 physisch verbunden sein. Bei diesen Beispielen können die Lamellen 221 rechteckig sein und können an einem Rand und/oder einer Seite mit den Röhren 218 physisch verbunden sein. Eine oder mehr als eine Lamelle können mit jeder der Röhren 218 verbunden sein. Bei weiteren Beispielen können die Lamellen 221 unabhängig mit jeder der Röhren 218 in einer Spiralanordnung oder einem anderen geeigneten Muster verbunden sein. Von daher weist jede der Vielzahl von Röhren 218 mehrere Lamellen 221 auf, die physisch mit ihren Außenflächen verbunden sind. Bei weiteren Beispielen können die Lamellen 221 mit mehr als zwei benachbarten Röhren 218 physisch verbunden sein. Anders ausgedrückt können die Lamellen 221 sowohl in der vertikalen als auch der seitlichen Richtung mit zwei benachbarten Röhren 218 physisch verbunden sein.
Außerdem kann der Anteil der PCM-Lamellen 220, der in dem ersten Bereich 212 des Kühlkerns 202 enthalten ist, den gesamten Zwischenraum zwischen allen Röhren 218 besetzen. Daher müssen keine Luftkanäle 228 zwischen den PCM-Lamellen 220 vorhanden sein, die in dem ersten Bereich 212 enthalten sind. Von daher kann sich der Anteil der PCM-Lamellen 220, der in dem ersten Bereich 212 enthalten ist, vollständig zwischen den Oberflächen benachbarter Röhren 218 erstrecken, die in dem ersten Bereich 212 enthalten sind. Somit können sich die in dem ersten Bereich 212 enthaltenen PCM-Lamellen 220 in der vertikalen Richtung zwischen benachbarten Reihen von Röhren 218 erstrecken, sodass sich die PCM-Lamellen 220 physisch berühren und/oder mit benachbarten Reihen von Röhren 218 physisch verbunden sind. Zusätzlich oder alternativ können sich die in dem ersten Bereich 212 enthaltenen PCM-Lamellen 220 in der seitlichen Richtung zwischen benachbarten Säulen von Röhren 218 erstrecken, sodass sich die PCM-Lamellen 220 physisch berühren und/oder mit benachbarten Säulen von in dem ersten Bereich 212 enthaltenen Röhren 218 physisch verbunden sind. Anders ausgedrückt, muss kein leerer Zwischenraum zwischen den Röhren 218 vorhanden sein, die in dem ersten Bereich 212 des Kühlkerns enthalten sind. Die PCM-Lamellen 220 in dem ersten Bereich 212 können die Zwischenräume in allen drei Dimensionen zwischen den Röhren 218 in dem ersten Bereich 212 besetzen. Somit kann zwischen den in dem ersten Bereich 212 des Kühlkerns 202 enthaltenen Röhren 218 keine Luft fließen und sie kann nur zwischen den in dem zweiten Bereich 214 des Kühlkerns 202 enthaltenen Röhren 218 fließen. Da die PCM-Lamellen 220 nur PCM umfassen können, kann das PCM den Zwischenraum in allen drei Dimensionen zwischen benachbarten Röhren 218 ausfüllen, sodass alle Röhren 218 in dem ersten Bereich 212 von PCM eingehüllt sind.
Das Kühlmittel wird durch den Kühlmitteleingang 222 in den Kühler 250 geleitet. Das Kühlmittel tritt insbesondere durch den Kühlmitteleingang 222 in den Eingangstank 204 ein. Der Kühlmittelfluss von dem Eingangstank 204 sowohl zu dem ersten Bereich 212 als auch zu dem zweiten Bereich 214 hängt von der Stellung des Kühlmittelregelventils 226 ab. Das Kühlmittelregelventil 226 ist einstellbar zwischen einer ersten Stellung, bei der das Kühlmittel zu dem ersten Bereich 212 aber nicht zu dem zweiten Bereich 214 fließt und einer zweiten Stellung, bei der das Kühlmittel zu dem zweiten Bereich 214 aber nicht zu dem zweiten Bereich 212 fließt. Hier in dieser Beschreibung wird auf die erste Stellung und die zweite Stellung des Ventils als „geöffnet“ bzw. „geschlossen“ Bezug genommen. Zum Beispiel ist das Ventil 226 in der geöffneten Stellung zum ersten Bereich geöffnet und zum zweiten Bereich geschlossen und in der geschlossenen Stellung ist das Ventil 226 zum ersten Bereich geschlossen und zum zweiten Bereich geöffnet. In alternativen Ausführungsformen können die „geöffnete“ und die „geschlossene“ Stellung des Ventils jedoch umgekehrt sein.
Wenn das Kühlmittelregelventil 226 bei einem Beispiel vollständig geschlossen ist, fließt das Kühlmittel nur entlang dem ersten Strömungsweg 230 durch die Röhren 218 des zweiten Bereichs 214 des Kühlkerns 202. Bei dem Beispiel, in dem das Kühlmittelregelventil 226 ein Wachsthermostatelement ist, kann das Ventil geschlossen werden, wenn die Kühlmitteltemperatur unter einem Schwellenwert liegt, wobei der Schwellenwert eine Schwellenwerttemperatur ist, die ausreicht um das Wachs in dem Ventil 226 zu schmelzen und einen Druckanstieg in einer Kammer des Ventils 226 zu verursachen, der zu einem Öffnen des Ventils 226 führt. In der geschlossenen Stellung beschränkt das Ventil 226 den Kühlmittelfluss entlang des zweiten Strömungswegs 232 derart, dass kein Kühlmittel durch die Röhren 218 des ersten Bereichs 212 fließt. Wenn das Kühlmittelregelventil 226 jedoch in einer geöffneten Stellung ist, fließt das Kühlmittel entlang dem zweiten Strömungsweg 232 durch die Röhren 218 des ersten Bereichs 212 des Kühlkerns 202. Bei dem Beispiel, in dem das Kühlmittelregelventil 226 ein Wachsthermostatelement ist, kann das Ventil 226 geöffnet sein, wenn die Kühlmitteltemperatur über einem Schwellenwert liegt.
Bei einer Ausführungsform kann das Kühlmittel nur zu dem ersten Bereich 212 aber nicht zu dem zweiten Bereich 214 fließen, wenn das Regelventil 226 geöffnet ist. Von daher kann das Kühlmittelregelventil 226 ein Dreiwegeventil sein, das zwischen dem ersten Strömungsweg 230 und dem zweiten Strömungsweg 232 angebracht ist, wobei der Kühlmittelfluss von dem Kühlmitteleingang 222 selektiv entweder zu dem ersten Bereich 212 oder dem zweiten Bereich 214 des Kühlkerns 202 aber nicht zu beiden geleitet werden kann. Das Kühlmittelregelventil 226 kann daher an einer Verbindung des ersten und des zweiten Strömungswegs 230 bzw. 232 angebracht sein. Auf diese Weise kann die Stellung des Kühlmittelregelventils 226 zwischen einer geöffneten ersten Stellung und einer geschlossenen zweiten Stellung eingestellt werden, um das Kühlmittel entweder in den ersten Bereich 212 oder in den zweiten Bereich 214 zu leiten. Wenn sich das Kühlmittelregelventil 226 in der ersten Stellung befindet, fließt das Kühlmittel nicht in den zweiten Bereich 214, aber es fließt in den ersten Bereich 212. In der geschlossenen zweiten Stellung beschränkt das Kühlmittelregelventil 226 jedoch das Fließen des Kühlmittels in den ersten Bereich 212, und erlaubt dem Kühlmittel, nur in den zweiten Bereich 214 zu fließen.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Kühlmittelregelventil 226 ein anderes als ein Dreiwegeventil sein und das Ventil kann in dem zweiten Strömungsweg 232 angebracht sein. Wenn sich das Kühlmittelregelventil 226 bei dieser Ausführungsform in einer geschlossenen Stellung befindet, kann das Kühlmittel nur in den zweiten Bereich 214, aber nicht in den ersten Bereich 212 fließen. In einer geöffneten Stellung kann das Kühlmittelregelventil jedoch erlauben, dass ein Teil des Kühlmittels in den ersten Bereich 212 fließt. Von daher kann das Kühlmittel gleichzeitig sowohl durch den ersten Bereich 212 als auch durch den zweiten Bereich 214 fließen.
Wenn das Kühlmittelregelventil 226 geöffnet ist, fließt das Kühlmittel entlang dem zweiten Strömungsweg 232 zu dem ersten Bereich 212, der die PCM-Lamellen 220 enthält. Wenn die Temperatur des Kühlmittels, das durch den ersten Bereich 212 fließt, bei einer höheren Temperatur als die Schmelztemperatur des PCM ist, schmilzt das PCM allmählich und kühlt das Kühlmittel ab, indem es Wärme von ihm ableitet. Die Temperatur des Kühlmittels kann höher sein als die Schmelztemperatur des PCM, wenn die Motorlast und/oder -temperatur über einem Schwellenwert liegt, wie zum Beispiel, wenn das Fahrzeug, das den Motor enthält, bergauf fährt, das Fahrzeug einen Anhänger zieht usw. Wenn die Temperatur des Kühlmittels, das durch den ersten Bereich 212 fließt, jedoch geringer ist, als die Erstarrungstemperatur des PCM wie zum Beispiel während des normalen Motorbetriebs, des Motorschubbetriebs, des Motorleerlaufs usw., kann das PCM Wärme an das Kühlmittel abgeben und allmählich erstarren. Auf diese Weise kann der erste Bereich 212 während der Motorspitzenlastbedingungen die Motorabwärme aus dem Kühlmittel ableiten und speichern. Von daher kann das durch den ersten Bereich 212 fließende Kühlmittel die Wahrscheinlichkeit verringern, dass die Kühlmitteltemperatur über den Siedepunkt des Kühlmittels ansteigt. Das Begrenzen der Temperatur des Kühlmittels, sodass es seine Siedetemperatur nicht überschreitet, kann daher die Möglichkeiten verringern, dass das Kühlmitteldruckentlastungsventil geöffnet wird. Somit kann die Konfiguration des Kühlers 250 eine Verringerung der Kühlmittelmenge erlauben, die aus dem Kühlsystem entweicht.
Bei dem Beispiel des in 3 gezeigten Kühlers 250 müssen die Röhren 218 nicht miteinander in Strömungsverbindung stehen. Von daher kann das Kühlmittel von dem Kühlmitteleingang 222 individuell zu einer Öffnung fließen, die jeweils einer der Röhren 218 vorgeschaltet ist. Dies bedeutet, dass das Kühlmittel zu dem offenen Ende aller Röhren 218 fließen kann, die in Strömungsverbindung mit dem Eingangstank 204 stehen. Bei einem weiteren Beispiel muss das Kühlmittel nicht durch jede einzelne Röhre aus der Vielzahl von Röhren 218 fließen, sondern kann nur durch einen Teil der Röhren 218 fließen. Daher kann der Kühlmittelfluss in dem Kühlkern 202 des Kühlers in einer Richtung entlang der horizontalen Achse erfolgen, wie in 3 dargestellt wird. Das Kühlmittel kann von dem Eingang durch den Eingangstank 204 zu den Enden der Röhren 218 fließen, die in Strömungsverbindung mit dem Eingangstank 204 stehen, und kann danach durch eine oder mehrere der Röhren 218 zu dem Ausgangstank 206 fließen. Nach dem Erreichen des Ausgangstanks 206 kann das Kühlmittel zu dem Kühlmittelausgang 224 und aus dem Kühler 250 fließen.
Es sind jedoch andere Fließkonfigurationen für den Kühlmittelfluss in den Röhren 218 möglich. Der Kühlmittelfluss in den Röhren 218 kann zum Beispiel nicht in einer Richtung sondern bidirektional erfolgen. Bei einem derartigen Beispiel können die gleichen Enden von benachbarten Röhren physisch miteinander verbunden sein oder sie können in Strömungsverbindung stehen. Wie in 3 gezeigt wird, weist jede der Vielzahl von Röhren zwei benachbarte Röhren auf. Bei der beispielhaften Konfiguration mit dem Kühlmittelfluss in zwei Richtungen ist somit jede Röhre aus der Vielzahl von Röhren 218 an einem Ende der Röhre physisch mit einer der benachbarten Röhre verbunden oder steht in Strömungsverbindung mit derselben, während die Röhre an dem anderen Ende physisch mit der anderen benachbarten Röhre verbunden ist oder in Strömungsverbindung mit derselben steht. Daher würde das Kühlmittel bei dieser Konfiguration von dem Kühlmitteleingang 222 zu dem Ende von nur einer der Vielzahl von Röhren 218 in dem zweiten Bereich 214 und/oder in dem ersten Bereich 212 fließen, wobei das Ende dieser Röhre in Strömungsverbindung mit dem Eingangstank 204 steht. Das Kühlmittel würde dann durch die Röhre in der positiven horizontalen Richtung zu dem entgegengesetzten Ende der Röhre fließen, wo es dann zu einer benachbarten Röhre fließen und die Richtung umkehren würde und durch die nächste Röhre in einer negativen horizontalen Richtung fließen würde, wobei die negative horizontale Richtung entgegengesetzt zur positiven horizontalen Richtung ist. Dieser Schlangenlinienfluss kann fortgesetzt werden, bis der Fluss die letzte Röhre erreicht und in dem Ausgangstank 206 endet. Daher kann der Anteil der Röhren in dem ersten Bereich 212 eine Röhre aufweisen, die nur an einem Ende offen ist, das in Strömungsverbindung mit dem Eingangstank 204 steht, während eine andere Röhre an einem Ende offen ist, das nur in Strömungsverbindung mit dem Ausgangstank 206 steht. Der Anteil der Röhren in dem zweiten Bereich 214 kann in einer Weise angeordnet sein, wie sie weiter oben für die Röhren in dem ersten Bereich 212 beschrieben wurde. Somit kann das Kühlmittel in jedem des ersten und des zweiten Bereichs 212 bzw. 214 von dem ersten Tank in eine einzige Röhre und aus einer einzigen Röhre in den Ausgangstank 206 fließen.
Es ist wichtig zu beachten, dass mehrere Wiederholungen der obigen Konfiguration sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten Bereich 212 bzw. 214 verwendet werden können. Anders ausgedrückt können in dem Kühlkern 202 anstatt eines längeren bidirektionalen Kühlmittelströmungswegs mehrere kürzere bidirektionale Strömungswege vorhanden sein. Von daher kann das Kühlmittel zu mehreren Röhren aus der Vielzahl von Röhren 218 fließen und kann auf ähnliche Weise die Röhren 218 durch mehrere verschiedene Röhren in den Ausgangstank 206 verlassen.
Auf diese Weise umfasst ein Kühlsystem einen integrierten Kühler mit zwei unterschiedlichen Bereichen. Die beiden Bereiche umfassen eine Vielzahl von Röhren (z.B. interne Medienröhren, durch die ein Kühlmittel fließt), um das Kühlmittel durch den Kühler zu leiten. Ein zweiter Bereich umfasst eine Reihe von wärmeleitenden Lamellen, die zwischen den Röhren mit Luftkanälen angeordnet sind, um zu erlauben, dass Luft zwischen den Lamellen strömt. Somit bläst ein Kühlerventilator Luft durch den zweiten Bereich des Kühlers, insbesondere durch die Luftkanäle, die zwischen den Röhren und den Lamellen des zweiten Bereichs gebildet werden. Von daher kann der zweite Bereich des Kühlers ähnlich wie ein herkömmlicher Kühler funktionieren, indem Luft an den Kühlmittel enthaltenden Röhren vorbeigeblasen wird, um ein Kühlmaß des Kühlmittels zu vergrößern. Ein erster Bereich umfasst PCM, das in der Lage ist, Wärme aus dem Kühlmittel in dem Kühlsystem zu absorbieren. Der erste Bereich des Kühlers stellt ein System zum Kühlen des Kühlmittels bereit, wenn es über eine Schwellenwerttemperatur aufgeheizt wird, wobei das herkömmliche Verfahren zum Blasen von Luft über das Kühlmittel nicht ausreichend sein kann, um die Kühlmitteltemperatur unter die Siedetemperatur des Kühlmittels abzusenken. Insbesondere kann das PCM in der Lage sein, Wärme aus dem Kühlmittel zu absorbieren und zu speichern, das durch die internen Röhren des Kühlers fließt, wenn es von einer festen zu einer flüssigen Phase geschmolzen wird. Aufgrund der hohen Schmelztemperatur des PCM kann der erste Bereich des Kühlers die Temperatur des Kühlmittels selbst bei hohen Kühlmitteltemperaturen verringern, die vorhanden sein können, wenn eine Motorlast des Kühlsystems über einem Schwellenwert liegt. Da das PCM außerdem in der Lage ist, Wärme aus dem Kühlmittel zu speichern, wenn es von der festen in die flüssige Phase übergeht, kann das PCM außerdem Wärme zurück in das Kühlmittel abgeben, wenn es von der flüssigen zurück in die feste Phase übergeht. Von daher kann das PCM das Kühlmittel auch aufwärmen, wenn die Kühlmitteltemperatur geringer als ein Schwellenwert ist, wie es weiter unten in Bezug auf 4 beschrieben wird.
Somit können ein System und ein Verfahren zum Regeln eines Kühlmittelflusses in einem Kühlsystem aufgrund der Temperatur des Kühlmittels zuerst ein Leiten eines Kühlmittels entweder zu einem Kühler oder einer Kühlerüberbrückung umfassen, wie es weiter oben in Bezug auf 1 in dem beispielhaften Kühlsystem 10 gezeigt wird. Wenn das Kühlmittel zu dem Kühler geleitet wird, wird der Kühlmittelfluss in dem Kühler zu einem oder mehreren eines ersten PCM-enthaltenden Bereichs und eines zweiten Bereichs geleitet, wo mithilfe eines Ventilators Luft über das Kühlmittel geblasen wird, wie in dem beispielhaften Kühler 250 gezeigt wird, der weiter oben in Bezug auf die 2 und 3 beschrieben wird.
Auf diese Weise kann ein Kühler umfassen: eine erste Gruppe von Kühlmittelröhren, wobei jede Röhre der ersten Gruppe mit einem Phasenübergangsmaterial (Phase Change Material, PCM) umhüllt ist, eine zweite Gruppe von Kühlmittelröhren, wobei jede Röhre der zweiten Gruppe nicht mit dem PCM umhüllt ist, und ein Ventil, das in einem Eingangstank des Kühlers angeordnet ist und in Strömungsverbindung mit einem Kühlmitteleingang des Kühlers steht, wobei das Ventil die erste und die zweite Gruppe von Kühlmittelröhren strömungstechnisch voneinander trennt. Das Ventil kann den Eingangstank in einen ersten Teil, der in Strömungsverbindung mit den Röhreneingängen der ersten Gruppe von Kühlröhren steht, und einen zweiten Teil teilen, der in Strömungsverbindung mit den Röhreneingängen der zweiten Gruppe von Kühlröhren steht. Außerdem kann das Ventil zwischen einer ersten Stellung, die das Kühlmittel von dem Kühlmitteleingang nur mit der ersten Gruppe von Kühlmittelröhren in Verbindung setzt, und einer zweiten Stellung einstellbar sein, die das Kühlmittel von dem Kühlmitteleingang nur mit der zweiten Gruppe von Kühlmittelröhren in Verbindung setzt. Die zweite Gruppe von Kühlmittelröhren kann außerdem eine Vielzahl von wärmeleitende Lamellen umfassen, die mit den Außenflächen von einer oder mehreren benachbarten Kühlmittelröhren der zweiten Gruppe von Kühlmittelröhren verbunden sind, wobei die Lamellen durch einen Zwischenraum voneinander getrennt sind, um Luftkanäle zu bilden, durch welche die Luft senkrecht zu einem Kühlmittelfluss in dem Kühler strömt. Bei einigen Beispielen kann das Ventil ein passives Thermostatventil sein, das ein temperaturempfindliches Element umfasst, und wobei die Stellung des Ventils als Reaktion auf Änderungen bei der Kühlmitteltemperatur am Ventil eingestellt wird. Das PCM kann sich vollständig zwischen den Außenflächen benachbarter Kühlmittelröhren der ersten Gruppe von Kühlmittelröhren erstrecken und das PCM stellt eine physische Verbindung aller Kühlmittelröhren der ersten Gruppe von Kühlmittelröhren untereinander her.
In 4 wird jetzt ein Ablaufplan eines beispielhaften Kühlers 400 zum Regeln eines Kühlmittelflusses in einem Kühlsystem (z.B. dem Kühlsystem 10 in 1) gezeigt. Das Verfahren 400 kann in dem Speicher einer Steuereinheit (z.B. der Steuereinheit 12 in 1) gespeichert sein und von daher kann es durch die Steuereinheit in Kombination mit verschiedenen Sensoren und Stellgliedern eines Motorkühlsystems (wie zum Beispiel dem in 1 gezeigten Motorkühlsystem 10) ausgeführt werden. Die Steuereinheit kann insbesondere Signale von verschiedenen Sensoren in dem Kühlsystem, wie zum Beispiel einem Temperatursensor (z.B. dem Temperatursensor 90 in 1) empfangen. Die aus den Ausgaben des Temperatursensors geschätzte Kühlmitteltemperatur ist die Temperatur des Kühlmittels, wie es durch den Kühler (z.B. den Kühler 72 in 1) strömt. Bei einem Beispiel kann der Temperatursensor in dem Kühler angebracht sein. Von daher kann der Temperatursensor vorgeschaltet zu einem Kühlmittelregelventil (z.B. dem Kühlmittelregelventil 226 in den 2 und 3) angebracht sein. Bei weiteren Beispielen kann der Temperatursensor vorgeschaltet vor den Kühler zwischen einem Motor (z.B. dem Motor 52 in 1) und dem Kühler angebracht sein.
Als Reaktion auf empfangene Signale kann die Steuereinheit das Verfahren 400 ausführen, das ein Senden von elektrischen Signalen an verschiedene Stellglieder beinhalten kann, um die Stellung eines oder mehrerer Ventile in dem Kühlsystem (z.B. des Temperaturregelventils 74 und des Kühlmittelregelventils 89 in 1 und/oder des in den 2 und 3 gezeigten Kühlmittelregelventils 226) einzustellen. Wenn das Verfahren 400 ein Einstellen der Stellung eines Ventils umfasst, kann das Verfahren 400 in der hier vorliegenden Beschreibung des Verfahrens 400 somit ein Senden von Signalen von der Steuereinheit an ein Stellglied des entsprechenden Ventils umfassen, wobei das Stellglied in der Lage ist, eine Stellung des Ventils einzustellen. Die Steuereinheit kann außerdem Signale an andere Stellglieder senden, um die Drehzahl und/oder die Stromversorgung von einem oder mehreren eines Ventilators (z.B. des Ventilators 84 in 1), eines Kühlers (z.B. des Kühlers 72), einer Wasserpumpe (z.B. der Wasserpumpe 66 in 1) usw. einzustellen. Somit kann das Verfahren 400 bei einigen Beispielen durch die Steuereinheit 12 in 1 ausgeführt werden. Wie weiter unten erläutert wird, kann bei alternativen Ausführungsformen das Kühlmittelregelventil, das den Kühlmittelfluss in dem Kühler einstellt, als Reaktion auf die Kühlmitteltemperatur passiv gesteuert und nicht durch eine elektronische Steuereinheit gesteuert werden. Von daher können Teile des Verfahrens 400 als Reaktion auf die Kühlmitteltemperatur passiv gesteuert werden.
Das Verfahren 400 beginnt im Schritt 402, der ein Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen umfasst. Die Motorbetriebsbedingungen können eine oder mehrere der Folgenden umfassen: Motordrehzahl, Motorlast, Motortemperatur, Kühlmitteltemperatur, Kühlerventilatordrehzahl, Stromversorgung einer Wasserpumpe, Kühlerdruck usw. Aufgrund der in 402 geschätzten und/oder gemessenen Motorbetriebsbedingungen geht das Verfahren 400 weiter zu 404 und ermittelt, ob die Wasserpumpe, die das Kühlmittel in das Motorkühlsystem pumpt, eingeschaltet ist. Wenn die Wasserpumpe bei einem Beispiel von ihrem eigenen Elektromotor angetrieben wird, kann das Verfahren 400 in 404 ein Ermitteln umfassen, ob der Elektromotor eingeschaltet ist und die Wasserpumpe mit Strom versorgt. Wenn die Wasserpumpe bei einem weiteren Beispiel von dem Motor (z.B. dem Motor 52 in 1) des Kühlsystems angetrieben werden, kann das Verfahren 400 in 404 ein Ermitteln umfassen, ob der Motor eingeschaltet ist und die Wasserpumpe mit Strom versorgt. Bei weiteren Beispielen kann das Verfahren 400 in 404 ein Ermitteln beinhalten, ob Kühlmittel in dem Kühlsystem zirkuliert, was aufgrund einer oder mehreren aus dem Betrieb der Wasserpumpe, dem Druck in dem Kühler, der aus den Ausgaben eines Drucksensors (z.B. des Druckentlastungsventils 88 in 1) geschätzt wird, der Temperatur in einem Kühlkanal (z.B. der Kühlmittelausgangsleitung 700 in 1), die aus den Ausgaben eines in dem Kanal angebrachten Temperatursensors (z.B. dem Temperatursensor 90) geschätzt wird, ermittelt werden kann. Somit kann ermittelt werden, dass das Kühlmittel in dem Kühlsystem zirkuliert, wenn eines oder mehrere der Folgenden zutrifft: die Wasserpumpe ist eingeschaltet, der Motor ist eingeschaltet, der Druck im Kühler liegt über einem Schwellenwertdruck und die Temperatur in dem Kühlkanal liegt über einer Schwellenwerttemperatur.
Wenn in 404 ermittelt wird, dass die Wasserpumpe nicht eingeschaltet ist und/oder dass das Kühlmittel nicht in dem Kühlsystem zirkuliert, geht das Verfahren 400 weiter zu 405, was ein Ausgeschaltethalten der Pumpe umfasst. Das Verfahren 400 kehrt danach zurück. Wenn das Kühlmittel jedoch in dem Kühlsystem zirkuliert, geht das Verfahren 400 von 404 weiter zu 406, wo ermittelt wird, ob die Kühlmitteltemperatur über einem ersten Schwellenwert liegt. Die Kühlmitteltemperatur ist eine Temperatur des Kühlmittels, das nachgeschaltet zum Motor in den Kühler eintritt. Die Kühlmitteltemperatur kann aufgrund von Ausgaben des Temperatursensors ermittelt werden, der in dem Kühlmittelkanal zwischen dem Motor und dem Kühler angebracht ist. Der erste Schwellenwert ist eine Schwellenwerttemperatur, die eine Temperatur sein kann, über der das Kühlmittel in den Kühler geleitet wird. Bei einem Beispiel ist die Schwellenwerttemperatur ungefähr die gleiche wie die Siedetemperatur des Kühlmittels. Bei einem weiteren Beispiel ist der erste Schwellenwert niedriger als die Siedetemperatur des Kühlmittels.
Wenn in 406 ermittelt wird, dass die Kühlmitteltemperatur unter dem ersten Schwellenwert liegt, kann das Verfahren 400 weitergehen zu 408 und kann ermitteln, ob ein Motorkaltstart vorliegt. Das Verfahren 400 kann jedoch bei weiteren Ausführungsformen direkt von 406 zu 410 weitergehen, wenn in 406 ermittelt wird, dass die Kühlmitteltemperatur unter dem ersten Schwellenwert liegt. Somit kann das Verfahren 400 in 410 beinhalten, dass das Kühlmittel nur durch die Kühlerüberbrückung (z.B. die in 1 gezeigte Kühlerüberbrückungsleitung 76) aber nicht durch den Kühler fließt. Bei weiteren Beispielen kann das Verfahren 400 in 410 beinhalten, dass nur ein Teil des Kühlmittels in dem Kühlsystem durch die Kühlerüberbrückung fließt. Das Leiten des Kühlmittels zu einem oder mehreren der Kühlerüberbrückung und des Kühlers kann ein Einstellen der Stellung des Temperaturregelventils (z.B. des in 1 gezeigten Temperaturregelventils 74) beinhalten, das in Strömungsverbindung mit der Kühlerüberbrückung und dem Kühler steht. Von daher kann die Stellung des Temperaturregelventils zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung eingestellt werden. Die erste Stellung ist eine Ventilstellung, bei welcher der Kühlmittelfluss in dem Kühlsystem durch die Kühlerüberbrückung fließt. Von daher fließt das Kühlmittel nicht zum Kühler, wenn sich das Temperaturregelventil in der ersten Stellung befindet. In der zweiten Stellung kann das Temperaturregelventil den Kühlmittelfluss nur auf den Kühler beschränken und somit kann das Kühlmittel nicht durch die Kühlerüberbrückung fließen. Es ist wichtig zu beachten, dass die Stellung des Temperaturregelventils auch auf eine beliebige Stellung zwischen der ersten und der zweiten Stellung eingestellt werden kann, um zu erlauben, dass das Kühlmittel sowohl zum Kühler als auch zur Kühlerüberbrückung fließt. Somit kann das Verfahren in 410 ein Einstellen des Temperaturregelventils in eine erste Stellung umfassen, damit das Kühlmittel nur durch die Kühlerüberbrückung fließt. Das Verfahren 400 kehrt danach zurück.
Zurückkehrend zu 408 umfasst das Verfahren ein Ermitteln, ob Motorkaltstartbedingungen vorliegen. Ein Ermitteln, ob ein Motorkaltstart stattgefunden hat, kann zum Beispiel ein Ermitteln umfassen, ob der Motor gestartet wurde, und falls ja, ob Motorkaltstartbedingungen erfüllt werden. Der Motor ist zum Beispiel ausgeschaltet, wenn in dem Motor keine Verbrennung stattfindet und wenn keine Drehung (d.h. eine Drehzahl gleich null) vorhanden ist. Das Ermitteln, ob der Motor gestartet wurde, kann zum Beispiel ein Ermitteln umfassen, ob ein Ein-/Ausschaltknopf gedrückt wurde oder eine ähnliche Benutzereingabe (wie zum Beispiel ein Schlüsselstart) ausgeführt wurde, während das Fahrzeug in einem ausgeschalteten Modus war. Durch Beginnen dieses Prozesses, wenn die Kraftstofftemperatur kalt ist, und Fortsetzen, wenn die Kraftstofftemperatur mit den ansteigenden Betriebstemperaturen natürlich ansteigt, können Datenpunkte über einen gewünschten Temperaturbereich erhalten werden.
Bei einem Beispiel kann das Ermitteln, ob die Kaltstartbedingungen erfüllt sind, ein Ermitteln umfassen, wieviel Zeit seit einem Schlüsselausschaltereignis vergangen ist. Wenn die Zeit seit einem Schlüsselausschaltereignis zum Beispiel größer als ein Schwellenwert ist, kann davon ausgegangen werden, dass der Motor Kaltstartbedingungen erfüllt. Die Kaltstartbedingungen können eine oder mehrere Systemtemperaturen unterhalb von einem oder mehreren Schwellenwerten umfassen. Von daher kann das Ermitteln, ob Kaltstartbedingungen vorliegen, bei einem weiteren Beispiel ein Ermitteln umfassen, ob eine oder mehrere Systemtemperaturen unterhalb von einem oder mehreren Schwellenwerten liegen. Zum Beispiel kann eine Motorkühlmitteltemperatur (Engine Coolant Temperature, ECT), die unter einem Temperaturschwellenwert liegt, anzeigen, dass der Motor sich noch nicht über die Kaltstartbedingungen aufgewärmt hat, während die Kraftstofftemperatur, die unter einem Temperaturschwellenwert liegt, anzeigen kann, dass ein Kraftstoffsystem durch die Motorbetriebsbedingungen nicht aufgewärmt wurde. Bei einigen Beispielen kann das Ermitteln, ob die Kaltstartbedingungen erfüllt sind, ein Ermitteln, dass alle Systemtemperaturen unter einem gemeinsamen Schwellenwert liegen, in Verbindung mit einem Ermitteln einer Zeit umfassen, die seit dem letzten Schlüsselausschalten vergangen ist.
Bei weiteren Ausführungsformen kann das Verfahren 400 in 408 alternativ nur ein Ermitteln umfassen, ob die Temperatur des Kühlmittels unter einem zweiten Schwellenwert liegt, der niedriger ist als der erste Schwellenwert. Die Kühlmitteltemperatur kann in der oben in 406 beschriebenen Weise geschätzt werden.
Wenn in 408 ermittelt wird, dass keine Kaltstartbedingungen vorliegen und/oder die Kühlmitteltemperatur nicht unter dem zweiten Schwellenwert liegt, geht das Verfahren 400 weiter zu 410 und das Kühlmittel fließt zu der Kühlerüberbrückung in der Weise, die oben in 410 des Verfahrens 400 beschrieben wurde. Das Verfahren 400 kehrt danach zurück.
Wenn in 408 ermittelt wird, dass keine Kaltstartbedingungen vorliegen und/oder die Kühlmitteltemperatur nicht unter dem zweiten Schwellenwert liegt, geht das Verfahren 400 weiter zu 420 und das Kühlmittel fließt zu dem Kühler, aber nur durch einen PCM-enthaltenden ersten Bereich des Kühlers (z.B. den PCM-enthaltenden ersten Bereich 212, wie er in 3 gezeigt wird). Somit kann das Verfahren 400 in 420 beinhalten, dass das Kühlmittel nur durch den Kühler aber nicht durch die Kühlerüberbrückung fließt. Bei weiteren Beispielen kann das Verfahren 400 in 410 beinhalten, dass nur ein Teil des Kühlmittels in dem Kühlsystem durch den Kühler fließt, während ein anderer Teil des Kühlmittels durch die Kühlerüberbrückung fließt.
In 420 fließt jedoch bei allen Beispielen das Kühlmittel, das zu dem Kühler fließt, durch den ersten Bereich des Kühlers, der das PCM enthält, aber nicht durch den zweiten Bereich des Kühlers (z.B. den in 3 gezeigten zweiten Bereich 214). Der zweite Bereich des Kühlers umfasst kein PCM, wie weiter oben in Bezug auf den zweiten Bereich 214 in 3 beschrieben wurde. Der Kühlmittelfluss in dem Kühler kann durch ein Kühlerregelventil (z.B. das Kühlmittelregelventil 226, wie es in den 2 und 3 gezeigt wird) geregelt werden. Somit ist das Kühlerregelventil in einem Strömungsweg in Strömungsverbindung sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Bereich des Kühlers angebracht. Außerdem kann die Stellung des Kühlerregelventils zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung eingestellt werden. Die erste Stellung ist eine Ventilstellung, bei welcher der Fluss durch den Kühler nur auf den ersten Bereich beschränkt ist. Von daher kann das Kühlmittel nicht zum zweiten Bereich des Kühlers fließen, wenn sich das Kühlerregelventil in der ersten Stellung befindet. In der zweiten Stellung kann das Kühlerregelventil den Kühlmittelfluss nur auf den zweiten Bereich des Kühlers beschränken und somit kann das Kühlmittel nicht durch den ersten Bereich des Kühlers fließen. Es ist wichtig zu beachten, dass bei einer Ausführungsform die Stellung des Kühlerregelventils auch auf eine beliebige Stellung zwischen der ersten und der zweiten Stellung eingestellt werden kann, um zu erlauben, dass das Kühlmittel sowohl zum ersten als auch zum zweiten Bereich fließt.
Das Verfahren 400 umfasst in 420, dass das Kühlmittel nur durch den ersten Bereich des Kühlers aber nicht durch den zweiten Bereich fließt. Von daher kann die Stellung des Kühlerregelventils in 420 in die erste Stellung eingestellt werden. Nach dem Einstellen der Stellung des Kühlerregelventils zum Beschränken des Kühlmittelflusses nur auf den ersten Bereich in dem Kühler kehrt das Verfahren 400 zurück.
Wenn zurückkehrend zu Block 406 des Verfahrens 400 ermittelt wird, dass die Kühlmitteltemperatur über dem ersten Schwellenwert liegt, geht das Verfahren 400 weiter zu 412, wo das Verfahren umfasst, dass das Kühlmittel in dem Kühler entweder durch den ersten oder den zweiten Bereich oder durch beide Bereiche fließt. Somit kann das Verfahren 400 in 412 beinhalten, dass das Kühlmittel nur durch den Kühler aber nicht durch die Kühlerüberbrückung fließt. Bei weiteren Beispielen kann das Verfahren 400 in 410 beinhalten, dass nur ein Teil des Kühlmittels in dem Kühlsystem durch den Kühler fließt, während ein anderer Teil des Kühlmittels durch die Kühlerüberbrückung fließt. Wie oben beschrieben wurde, kann der Kühlmittelfluss zum Kühler eingestellt werden, indem die Stellung des Temperaturregelventils eingestellt wird.
Das Verfahren 400 geht dann von 412 weiter zum Schritt 414, der ein Ermitteln umfasst, ob die Kühlmitteltemperatur größer als ein höherer dritter Schwellenwert ist, wobei der dritte Schwellenwert eine Schwellenwerttemperatur ist, die größer als der zweite Schwellenwert ist. Der dritte Schwellenwert kann außerdem eine Temperatur darstellen, die größer als die Schmelztemperatur des in dem ersten Bereich (z.B. dem ersten Teil) enthaltenen PCM des Kühlers ist. Die Kühlmitteltemperatur kann in der oben in der in 406 des Verfahrens 400 beschriebenen Weise geschätzt werden. Wenn in 414 ermittelt wird, dass die Kühlmitteltemperatur niedriger als der dritte Schwellenwert ist, geht das Verfahren 400 weiter zu 416. Das Verfahren umfasst in 416, dass Kühlmittel durch den zweiten Bereich des Kühlers fließt. Wie oben in 420 des Verfahrens 400 beschrieben wurde, kann der Kühlmittelfluss in dem Kühler eingestellt werden, indem die Stellung des Kühlerregelventils eingestellt wird. Bei einem Beispiel kann das Verfahren 400 in 416 umfassen, dass das Kühlmittel nur durch die Kühlmittelröhren des zweiten Bereichs des Kühlers fließt, der kein PCM enthält, aber dass kein Kühlmittel durch die Kühlmittelröhren des ersten PCM-enthaltenden Bereichs des Kühlers fließt. Von daher kann das Verfahren in 416 ein Einstellen des Kühlerregelventils auf eine zweite Stellung umfassen, sodass der Kühlmittelfluss auf den zweiten Bereich des Kühlers beschränkt wird. Bei einem weiteren Beispiel kann das Verfahren 400 in 416 jedoch umfassen, dass Kühlmittel sowohl durch den zweiten Bereich als auch durch den ersten Bereich des Kühlers fließt. Von daher kann die Stellung des Kühlerregelventils zwischen der ersten und der zweiten Stellung eingestellt werden, um zu erlauben, dass ein Teil des Kühlmittels durch den zweiten Bereich des Kühlers fließt und dass ein anderer Teil des Kühlmittels durch den ersten Bereich des Kühlers fließt. Bei diesen Beispielen kann ein Teil des Kühlmittels, das durch den Kühler fließt, während normaler Motorbetriebsbedingungen, wie zum Beispiel während eines Motorleerlaufs, einem Motorschubbetrieb und wenn sich die Motorlast unterhalb eines Schwellenwerts befindet usw. durch den ersten Bereich geleitet werden. Das Verfahren 400 kehrt danach zurück.
Wenn in 414 jedoch ermittelt wird, dass die Kühlmitteltemperatur größer als der dritte Schwellenwert ist, geht das Verfahren 400 weiter zu 418. In 418 umfasst das Verfahren, dass Kühlmittel durch die Kühlmittelröhren des ersten Bereichs des Kühlers fließt, der das PCM enthält. Wie oben in 420 des Verfahrens 400 beschrieben wurde, kann der Kühlmittelfluss in dem Kühler eingestellt werden, indem die Stellung des Kühlerregelventils eingestellt wird. Bei einem Beispiel kann das Verfahren 400 in 418 umfassen, dass Kühlmittel nur durch den zweiten Bereich des Kühlers, der kein PCM enthält, aber nicht durch den ersten PCM-enthaltenden Bereich des Kühlers fließt. Als Solches kann das Verfahren in 418 auch ein Einstellen der Stellung des Kühlerregelventils auf eine erste Stellung umfassen, sodass der Kühlmittelfluss nur durch den ersten Bereich des Kühlers geleitet wird.
Bei einem weiteren Beispiel kann das Verfahren 400 in 418 jedoch umfassen, dass das Kühlmittel sowohl durch den zweiten Bereich als auch durch den ersten Bereich des Kühlers fließt. Jedoch ist in 418 der Kühlmittelfluss zu dem ersten Bereich immer größer als der Kühlmittelfluss zu dem zweiten Bereich. Von daher kann die Stellung des Kühlerregelventils zwischen der ersten und der zweiten Stellung eingestellt werden, um zu erlauben, dass ein Teil des Kühlmittels durch den zweiten Bereich des Kühlers fließt und dass ein anderer Teil des Kühlmittels durch den ersten Bereich des Kühlers fließt. Die Stellung des Ventils zwischen der ersten und der zweiten Stellung und somit der Kühlmittelmenge, die zu dem ersten Bereich im Verhältnis zu derjenigen die zu dem zweiten Bereich fließt, kann auf der Kühlmitteltemperatur beruhen. Insbesondere kann die Kühlmittelmenge, die zu dem ersten Bereich fließt, mit zunehmender Kühlmitteltemperatur zunehmen. Somit kann die Kühlmittelmenge, die zu dem zweiten Bereich fließt, mit zunehmender Kühlmitteltemperatur abnehmen. Von daher kann die Stellung des Kühlmittelregelventils bei zunehmender Kühlmitteltemperatur näher an die erste Stellung als an die zweite Stellung bewegt werden. Das Verfahren 400 kehrt danach zurück.
Bei weiteren Ausführungsformen kann das Kühlerregelventil ein passiv gesteuertes Ventil sein, das ein temperaturempfindliches Element enthält. Bei einem Beispiel kann das temperaturempfindliche Element Wachs sein. Somit kann sich das temperaturempfindliche Element als Reaktion auf Temperaturänderungen ausdehnen oder zusammenziehen und eine Kraft bereitstellen, durch welche die Stellung des Ventils eingestellt wird. Von daher kann das Kühlerregelventil durch Änderungen der Kühlmitteltemperatur zwischen der ersten und der zweiten Stellung bewegt werden. Bei einem Beispiel kann sich das temperaturempfindliche Element als Reaktion darauf ausdehnen, dass die Kühlmitteltemperaturen den dritten Schwellenwert überschreiten, was dazu führen kann, dass die Stellung des Ventils in die erste Stellung bewegt wird, sodass Kühlmittel nur zu dem ersten Bereich des Kühlers fließt, wie in 418 des Verfahrens 400 beschrieben wird. Bei einem weiteren Beispiel kann sich das temperaturempfindliche Element des Kühlerregelventils als Reaktion darauf beim Abkühlen zusammenziehen, dass die Kühlmitteltemperatur unter den dritten Schwellenwert fällt, und bei dem Zusammenziehen wird eine Kraft auf das Ventil ausgeübt, wodurch es in seine zweite Stellung bewegt wird, sodass Kühlmittel nur zu dem zweiten Bereich des Kühlers in der Weise bewegt wird, wie sie in 416 des Verfahrens 400 beschrieben wird. Von daher ändert sich die Kühlmitteltemperatur, aber die Steuereinheit ist nicht verantwortlich für das Einstellen der Stellung des Kühlerregelventils.
Somit umfasst das Verfahren 400, dass das Kühlmittel aufgrund der Kühlmitteltemperatur zu einem oder mehreren des Kühlers oder der Kühlerüberbrückungsleitung fließt. Wenn die Kühlmitteltemperatur über dem ersten Schwellenwert liegt, wird das gesamte Kühlmittel oder ein Teil des Kühlmittels in dem Kühlsystem zu dem Kühler geleitet, um in dem Kühler abgekühlt zu werden. Wenn die Kühlmitteltemperatur über dem dritten Schwellenwert liegt, kann das gesamte Kühlmittel, das durch den Kühler fließt, auf den ersten Bereich des Kühlers beschränkt werden, der das PCM enthält, sodass das Kühlmittel nur durch den ersten Bereich aber nicht durch den zweiten Bereich des Kühlers fließt. Von daher kann bei übermäßig hohen Kühlmitteltemperaturen, die von Spitzenmotorlasten, wie zum Beispiel den Modi einer Bergauffahrt, eines Ziehens eines Anhängers usw. herrühren können, der Wirkungsgrad des Kühlers verbessert werden, indem das Kühlmittel durch den ersten Bereich des Kühlers fließt, der PCM enthält. Aufgrund der Fähigkeit des PCM, Wärme aus dem Kühlmittel zu absorbieren, wenn die Phase von fest nach flüssig übergeht, kann das PCM somit bei Kühlmitteltemperaturen über dem dritten Schwellenwert das Kühlmittel wirkungsvoller abkühlen, als es andernfalls durch das Blasen von Luft über das Kühlmittel (z.B. wie in dem zweiten Bereich des Kühlers) erreicht würde. Daher kann das Kühlmittel bei Kühlmitteltemperaturen über dem dritten Schwellenwert wirkungsvoller abgekühlt werden, wenn es durch den PCM-enthaltenden ersten Bereich des Kühlers fließt, als wenn es durch den zweiten Bereich des Kühlers fließt. Anders ausgedrückt kann bei Kühlmitteltemperaturen über dem dritten Schwellenwert mehr Wärme aus dem Kühlmittel absorbiert werden, wenn es durch den ersten Bereich strömt, als wenn es durch den zweiten Bereich strömt.
Wenn die Kühlmitteltemperatur unter dem dritten Schwellenwert aber über dem zweiten Schwellenwert liegt, kann der Kühlmittelfluss in dem Kühler darauf beschränkt werden, dass es nur durch den zweiten Bereich fließt, der kein PCM enthält. Von daher kann das Kühlmittel durch die Luft abgekühlt werden, die von dem Kühlerventilator über die Kühlmittelröhren (z.B. die internen Kühlmittelröhren, durch die das Kühlmittel in dem Kühler fließt) geblasen werden. Somit können die Kühlmitteltemperaturen, die von dem ersten Schwellenwert zu dem dritten Schwellenwert reichen, einen gewünschten Betriebsbereich der Temperaturen für das Kühlmittel sein. Von daher können die Kühlmitteltemperaturen zwischen dem ersten und dem dritten Schwellenwert Kühlmitteltemperaturen darstellen, die zu einem kraftstoffsparenderen Motorbetrieb führen. Der Motor kann insbesondere in einem gewünschten Motortemperaturbereich wirkungsvoller betrieben werden. Der Kühlmitteltemperaturbereich zwischen dem ersten und dem dritten Schwellenwert kann die Kühlmitteltemperaturen darstellen, welche die Motortemperatur wirkungsvoller in dem gewünschten Motortemperaturbereich halten. Somit kann der gewünschte Kühlmitteltemperaturbereich einen Temperaturbereich darstellen, der zu einer verbesserten Kraftstoffeinsparung des Motors führt.
Außerdem kann bei Bedingungen wie einem Motorkaltstart oder kalten Umgebungstemperaturen, wenn die Kühlmitteltemperatur unter dem zweiten Schwellenwert liegt, ein Teil des Kühlmittels oder das gesamte Kühlmittel in dem Kühlsystem nur zu dem ersten PCM-enthaltenden Bereich des Kühlers geleitet werden, um die Kühlmitteltemperatur anzuheben. Insbesondere kann die latente Schmelzwärme, die in dem PCM zu einem Zeitpunkt gespeichert wurde, als das PCM einem Phasenübergang von flüssig nach fest unterzogen wurde, an das Kühlmittel zurückgegeben werden, um seine Temperatur anzuheben. Wenn in einem vorhergehenden Zyklus des Verfahrens 400 die Kühlmitteltemperatur über dem dritten Schwellenwert lag und dies dazu führte, dass die Phase des PCM von fest nach flüssig überging, kann somit in einem aktuellen Zyklus des Verfahrens 400 die in dem PCM gespeicherte latente Schmelzwärme verwendet werden, um die Kühlmitteltemperatur anzuheben. Die Kühlmitteltemperatur kann angehoben werden, indem das Kühlmittel durch den ersten Bereich des Kühlers fließt, wenn die Kühlmitteltemperatur unter dem zweiten Schwellenwert liegt. Von daher kann das PCM als Wärmesenke funktionieren, die Wärme aus dem Kühlmittel absorbiert, wenn die Kühlmitteltemperatur über dem dritten Schwellenwert liegt, und dem Kühlmittel Wärme zuführen, wenn die Kühlmitteltemperatur unter dem zweiten Schwellenwert liegt. Durch selektives Leiten des Kühlmittels entweder durch den ersten Bereich des Kühlers oder den zweiten Bereich des Kühlers aufgrund der Kühlmitteltemperatur, kann die Zeitdauer vergrößert werden, in der die Kühlmitteltemperaturen zwischen dem ersten und dem dritten Schwellenwert liegen. Daher kann die Kraftstoffeinsparung des Motors verbessert werden.
Außerdem kann in dem Verfahren 400 die in dem PCM gespeicherte Wärme in Form der latenten Schmelzwärme während des normalen Motorbetriebs, wie zum Beispiel dem Motorleerlauf, dem Motorschubbetrieb usw. dem Kühlmittel zurückgegeben werden. Somit kann die relative Menge des Kühlmittels, das durch den ersten und den zweiten Bereich des Kühlers fließt, eingestellt werden, um die Menge des Kühlens und/oder Aufwärmens des Kühlmittels zu regeln. Von daher kann das Verfahren 400 eine verbesserte Kühlmitteltemperatursteuerung bereitstellen.
Auf diese Weise kann ein Verfahren umfassen: Einstellen eines Kühlerregelventils in eine erste Stellung, damit Kühlmittel nur durch einen ersten Bereich eines Kühlers, der Phasenübergangsmaterial (PCM) enthält, aber nicht durch einen zweiten Bereich des Kühlers fließt, der kein Phasenübergangsmaterial enthält. Das Verfahren kann außerdem Einstellen des Kühlerregelventils in eine zweite Stellung, damit ein Kühlmittel nur durch den zweiten Bereich des Kühlers aber nicht durch den ersten Bereich fließt, umfassen. Außerdem kann das Verfahren Einstellen des Kühlerregelventils in eine dritte Stellung zwischen der ersten und der zweiten Stellung umfassen, damit das Kühlmittel sowohl zu dem ersten Bereich als auch dem zweiten Bereich des Kühlers fließt. Das Kühlerregelventil kann ein Dreiwegeventil sein, das in Strömungsverbindung mit dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich des Kühlers und einem Kühlmitteleingang des Kühlers steht, wobei der Kühlmitteleingang vorgeschaltet zu dem ersten und dem zweiten Bereich angebracht ist. Der erste und der zweite Bereich umfassen jeweils eine Vielzahl von hohlen Röhren, um Kühlmittel durch den Kühler zu leiten, und wobei das Fließen von Kühlmittel durch den ersten Bereich ein Fließen von Kühlmittel durch eine oder mehrere Röhren nur in dem ersten Bereich umfasst und wobei das Fließen von Kühlmittel durch den zweiten Bereich ein Fließen von Kühlmittel durch eine oder mehrere Röhren nur in dem zweiten Bereich umfasst. Bei einigen Beispielen sind eine oder mehrere wärmeleitende Lamellen mit jeder der Vielzahl von Röhren physisch verbunden. Bei weiteren Beispielen kann PCM nur in den wärmeleitenden Lamellen des ersten Bereichs enthalten sein. Außerdem kann das Einstellen des Kühlerregelventils in jede der ersten und der zweiten Stellung mithilfe einer elektronischen Steuereinheit als Reaktion auf eine Kühlmitteltemperatur ausgeführt werden, die auf einer Ausgabe eines Temperatursensors beruht, der vorgeschaltet zu dem Kühler oder nachgeschaltet zu einem Motor angebracht ist. Die elektronische Steuereinheit kann außerdem das Kühlerregelventil einstellen, wobei das Einstellen des Kühlerregelventils in die zweite Stellung als Reaktion auf eine oder mehrere aus einer Kühlmitteltemperatur, die über einen ersten Schwellenwert ansteigt, und einer Kühlmitteltemperatur erfolgen, die unter einen zweiten Schwellenwert fällt, wobei der zweite Schwellenwert größer als der erste Schwellenwert ist. Zusätzlich oder alternativ kann das Einstellen des Kühlerregelventils in die erste Stellung als Reaktion auf eine oder mehrere aus einer Kühlmitteltemperatur, die über einen zweiten Schwellenwert ansteigt, und einer Kühlmitteltemperatur erfolgen, die unter einen dritten Schwellenwert fällt, wobei der dritte Schwellenwert niedriger als der erste Schwellenwert ist. Eine Schmelztemperatur des PCM kann niedriger als der Siedepunkt des Kühlmittels sein. Bei weiteren Beispielen kann das Kühlerregelventil ein passives Wachsthermostatventil sein, wobei die Stellung des Ventils als Reaktion darauf, dass die Kühlmitteltemperatur über einen Schwellenwert ungleich null steigt, von der zweiten Stellung auf die erste Stellung eingestellt wird.
Bei einer weiteren Darstellung kann ein Verfahren zum Zirkulieren von Kühlmittel in einem Kühlsystem umfassen, dass Kühlmittel durch einen Motor zu einem Kühler fließt, wobei der Kühler zwei Bereiche umfasst, die eine Vielzahl von hohlen Röhren und wärmeleitenden Lamellen zum Kühlen des Kühlmittels umfassen, wobei die beiden Bereiche einen ersten Bereich, der PCM enthält und einen zweiten Bereich umfasst, der kein PCM enthält. Das Verfahren umfasst außerdem, dass Kühlmittel als Reaktion auf eine oder mehrere aus einer Kühlmitteltemperatur, die über einen ersten Schwellenwert ansteigt, und einer Kühlmitteltemperatur, die unter einen zweiten Schwellenwert fällt, wobei der zweite Schwellenwert niedriger als der erste Schwellenwert ist, nur zu dem ersten Bereich fließt, indem eine Stellung eines Kühlerregelventils, das in dem Kühler enthalten ist, in eine erste Stellung eingestellt wird. Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren umfassen, dass Kühlmittel als Reaktion auf eine oder mehrere aus einer Kühlmitteltemperatur, die über einen dritten Schwellenwert ansteigt, wobei der dritte Schwellenwert größer als der zweite Schwellenwert aber niedriger als der erste Schwellenwert ist, und einer Kühlmitteltemperatur, die unter den ersten Schwellenwert fällt, nur zu dem zweiten Bereich fließt, indem die Stellung des Kühlerregelventils in eine zweite Stellung eingestellt wird. Bei einigen Beispielen kann das Verfahren außerdem Einstellen der Stellung des Kühlerüberbrückungsventils als Reaktion darauf umfassen, dass die Kühlmitteltemperatur unter den ersten Schwellenwert fällt, und dass das gesamte Kühlmittel oder ein Teil das Kühlmittels in dem Kühlsystem durch die Kühlerüberbrückung aber nicht durch den Kühler fließt. Bei weiteren Beispielen kann das Verfahren zusätzlich Einstellen der Stellung des Kühlerregelventils in eine oder mehrere Stellungen zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung und Veranlassen umfassen, dass Kühlmittel sowohl durch den ersten Bereich als auch durch den zweiten Bereich fließt.
Auf diese Weise kann das Kühlsystem einen integrierten Kühler umfassen, der in der Lage ist, Kühlmittel in dem Kühlsystem sowohl zu wärmen als auch zu kühlen. Der Kühler umfasst einen Kühlkern, der aus einer Vielzahl von hohlen Röhren, durch die Kühlmittel fließt, und wärmeleitende Lamellen umfasst, welche die Wärme aus dem Kühlmittel in den Röhren ableiten. Die Vielzahl von Röhren und Lamellen ist in zwei Bereiche des Kühlkerns aufgeteilt, wobei die beiden Bereiche möglicherweise nicht in Strömungsverbindung zueinander stehen und außerdem physisch voneinander getrennt sein können. In dem zweiten Bereich können die Lamellen und Röhren so angeordnet sein, dass zwischen ihnen Luftkanäle gebildet werden, um zu erlauben, dass Luft durch den zweiten Bereich strömt. Ein Kühlerventilator ist konfiguriert, um Luft durch die Luftkanäle in dem zweiten Bereich zu blasen, um das Ableiten und das Entfernen von Wärme aus dem Kühlmittel in den Röhren zu verbessern. Die Lamellen in dem ersten Bereich umfassen PCM. Die Lamellen können konfiguriert sein, um den ganzen Zwischenraum zwischen den Röhren des ersten Bereichs einzunehmen, sodass keine Luftspalte oder -kanäle zwischen den Röhren des ersten Bereichs vorhanden sind. Von daher kann keine Luft durch den ersten Bereich des Kühlers strömen. Der Kühlmittelfluss in dem Kühler kann abhängig von der Kühlmitteltemperatur entweder ausschließlich zu dem ersten Bereich oder ausschließlich zu dem zweiten Bereich geleitet werden. Ein Kühlmittelregelventil in dem Kühler kann eingestellt werden, um den Kühlmittelfluss zu den beiden Bereichen des Kühlkerns zu regeln. Insbesondere kann das Regelventil zwischen einer ersten Stellung, die den Kühlmittelfluss nur auf den ersten Bereich aber nicht zum zweiten Bereich beschränkt, und einer zweiten Stellung, die den Kühlmittelfluss nur auf den zweiten Bereich aber nicht zum ersten Bereich beschränkt. Außerdem kann die Stellung des Regelventils zwischen der ersten und der zweiten Stellung eingestellt werden, um zu erlauben, dass Kühlmittel sowohl zum ersten als auch zum zweiten Bereich fließt.
Wenn die Kühlmitteltemperatur über einem ersten Schwellenwert aber unter einem höheren zweiten Schwellenwert liegt, wobei der zweite Schwellenwert größer als der erste Schwellenwert ist, kann die Stellung des Regelventils in die zweite Stellung eingestellt werden und das Kühlmittel kann durch den zweiten Bereich fließen.
Wenn die Kühlmitteltemperatur über dem höheren zweiten Schwellenwert liegt, kann das gesamte Kühlmittel, das durch den Kühler fließt, durch den ersten Bereich des Kühlers fließen, der allein das PCM enthält. Von daher kann der Kühlwirkungsgrad des Kühlmittels verbessert werden, indem das Kühlmittel bei Temperaturen über dem dritten Schwellenwert durch den ersten Bereich des Kühlers fließt. Der zweite Schwellenwert kann übermäßig hohe Kühlmitteltemperaturen anzeigen, die von Spitzenmotorlasten, wie zum Beispiel während den Modi einer Bergauffahrt, eines Ziehens eines Anhängers usw. herrühren. Außerdem kann der zweite Schwellenwert größer als die Schmelztemperatur des PCM sein. Somit kann das PCM bei Temperaturen über dem zweiten Schwellenwert das Kühlmittel wirkungsvoller kühlen, als es andernfalls durch ein Blasen von Luft über das Kühlmittel erreicht würde. Das Fließen des Kühlmittels durch den ersten Bereich anstatt durch den zweiten Bereich, wenn die Kühlmitteltemperatur größer als der zweite Schwellenwert ist, kann aufgrund der Fähigkeit des PCM erfolgen, Wärme aus dem Kühlmittel zu absorbieren, wenn die Phase von fest nach flüssig übergeht. Daher kann das Kühlmittel bei Kühlmitteltemperaturen über dem zweiten Schwellenwert wirkungsvoller abgekühlt werden, wenn es durch den PCM-enthaltenden ersten Bereich des Kühlers fließt, als wenn es durch den zweiten Bereich des Kühlers fließt. Anders ausgedrückt kann bei Kühlmitteltemperaturen über dem zweiten Schwellenwert mehr Wärme aus dem Kühlmittel absorbiert werden, wenn es durch den ersten Bereich strömt, als wenn es durch den zweiten Bereich strömt.
Auf diese Weise wird ein technischer Effekt zum Verringern der verlorenen Kühlmittelmenge erreicht, indem ein verbessertes Verfahren zum Kühlen des Kühlmittels bereitgestellt wird, wenn es Temperaturen in der Nähe des Siedepunkts erreicht. Somit kann dadurch, dass das Kühlmittel durch den ersten PCM-enthaltenden Bereich des Kühlers fließt, die Kühlmittelmenge verringert werden, die aufgrund einer Verdampfung entweicht. Da der erste PCM-enthaltende Bereich für das Kühlen des Kühlmittels wirkungsvoller sein kann als der zweite Bereich, kann außerdem die Größe des zweiten Bereichs und daher die Größe des Ventilators verringert werden. Von daher kann der von dem Kühlerventilator verbrauchte Strom verringert werden. Auf diese Weise kann ein technischer Effekt zum Verringern der Gesamtgröße und zum Verringern des Kraftstoffverbrauchs des Kühlers erreicht werden, indem der Kühler mit einem integrierten PCM-enthaltenden ersten Bereich bereitgestellt wird.
Außerdem kann die in dem PCM gespeicherte latente Schmelzwärme beim Übergang von der festen zur flüssigen Phase an das Kühlmittel zurückgegeben werden, wenn die Kühlmitteltemperatur unter einen niedrigeren zweiten Schwellenwert fällt. Somit kann das Kühlmittel aufgrund von Motorkaltstartbedingungen oder niedrigen Umgebungstemperaturen, wenn die Kühlmitteltemperatur unter den dritten Schwellenwert fällt, zu dem ersten Bereich des Kühlkerns geleitet werden. Wenn das Kühlmittel durch den ersten Bereich des Kühlkerns fließt, kann es Wärme aus dem PCM absorbieren und das PCM kann zu einer festen Form zurückkehren und die gespeicherte Energie bei der Wiedererstarrung freigeben.
Auf diese Weise wird ein weiterer technischer Effekt zur Vergrößerung der Kraftstoffeinsparung erreicht, indem die Geschwindigkeit vergrößert wird, mit der das Kühlmittel innerhalb eines gewünschten Kühlmitteltemperaturbereichs aufgewärmt wird. Da der Motor in einem Temperaturbereich, der größer als die Motortemperatur während eines Motorkaltstarts ist, wirkungsvoller betrieben werden kann, kann das Vergrößern der Geschwindigkeit, mit welcher der Motor aufgewärmt wird, die Kraftstoffeinsparung des Motors vergrößern. Wenn die Temperatur des Kühlmittels unter dem dritten Schwellenwert liegt, kann das Kühlmittel die Geschwindigkeit verringern, mit welcher der Motor aufgewärmt wird, und somit die Kraftstoffeinsparung des Motors verringern. Durch das Fließen des Kühlmittels durch den ersten Bereich des Kühlers, wenn das Kühlmittel unter dem dritten Schwellenwert liegt, kann jedoch die Geschwindigkeit vergrößert werden, mit welcher das Kühlmittel aufgewärmt wird, und entsprechend kann die Geschwindigkeit vergrößert werden, mit welcher der Motor aufgewärmt wird. Somit kann das Verwenden des PCM-enthaltenden ersten Bereichs, um während eines Motorkaltstarts und/oder bei kalten Umgebungstemperaturen Wärme für das Kühlmittel bereitzustellen, die Kraftstoffeinsparung des Motors vergrößern.
Schließlich kann der Gesamtwirkungsgrad des Kühlsystems durch den Kühler mit dem integrierten, PCM-enthaltenden ersten Bereich verbessert werden. Auf diese Weise kann ein weiterer technischer Effekt zum Vergrößern des Wirkungsgrads des Kühlers über einen größeren Temperaturbereich erreicht werden. Aufgrund der Fähigkeit des Kühlers, sowohl Wärme aus dem Kühlmittel zu absorbieren als auch Wärme zurück an das Kühlmittel zu übertragen, kann die Genauigkeit der Beeinflussung und der Regelung der Kühlmitteltemperatur verbessert werden. Außerdem kann der Kühler die Kühlmitteltemperatur wirkungsvoller innerhalb eines gewünschten Temperaturbereichs halten. Da der Kühler die Kühlmitteltemperatur wirkungsvoller von Temperaturen über dem zweiten Schwellenwert verringert und wirkungsvoller die Kühlmitteltemperatur von Temperaturen unter dem dritten Schwellenwert erhöht, kann die Zeitdauer, während der die Kühlmitteltemperatur in dem gewünschten Temperaturbereich gehalten wird, während des Motorbetriebs vergrößert werden.
Es ist zu beachten, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzprozesse mit verschiedenen Systemkonfigurationen von Verbrennungsmotoren und/oder Fahrzeugen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -prozesse können als ausführbare Befehle in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert werden und können von dem Steuersystem einschließlich der Steuereinheit in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Stellgliedern und der weiteren Verbrennungsmotorausstattung ausgeführt werden. Die hier beschriebenen spezifischen Verfahren können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie zum Beispiel ereignisgesteuerte Prozesse, unterbrechungsgesteuerte Prozesse, Mehrprozessorbetrieb, Nebenläufigkeit und Ähnliche darstellen. Von daher können zahlreiche der dargestellten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel ausgeführt werden, oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die hier beschriebenen Merkmale und Vorteile der beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, aber sie wurde der Einfachheit halber zur Darstellung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der dargestellten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen können in Abhängigkeit von der speziellen verwendeten Strategie wiederholt ausgeführt werden. Außerdem können die beschriebenen Aktionen, Operationen und/oder Funktionen durch einen Code anschaulich dargestellt werden, der in einen nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Steuersystem des Verbrennungsmotors programmiert wird, wobei die beschriebenen Aktionen durchgeführt werden, indem die Befehle in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Komponenten der Verbrennungsmotorausstattung in Kombination mit der elektronischen Steuereinheit umfasst.
Es ist selbstverständlich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Verfahren beispielhafter Natur sind, und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinn zu verstehen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Die obige Technologie kann zum Beispiel auf V-6, 1-4, 1-6, V-12, 4-gegenüberliegende und andere Verbrennungsmotortypen angewandt werden. Zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gehören alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie anderer hier offenbarter Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die nachfolgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Teilkombinationen, die als neu und nicht offensichtlich angesehen werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Diese Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer dieser Elemente enthalten und weder zwei oder mehrerer dieser Elemente erfordern noch ausschließen. Weitere Kombinationen und Teilkombinationen der offenbarten Merkmale, Elemente und/oder Eigenschaften können durch eine Veränderung der vorliegenden Ansprüche oder durch das Einreichen neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Diese Ansprüche, unabhängig davon, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen einen breiteren, engeren, gleichen oder unterschiedlichen Umfang aufweisen, sind auch so zu verstehen, dass sie zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gehören.

Claims

Verfahren, umfassend: Einstellen eines Kühlerregelventils (89, 226) in eine erste Stellung, damit Kühlmittel nur durch einen ersten Bereich (212) eines Kühlers (72, 250) eines Fahrzeugkühlsystems (10), der Phasenübergangsmaterial (Phase Change Material, PCM) enthält, aber nicht durch einen zweiten Bereich (214) des Kühlers (72, 250) fließt, der kein Phasenübergangsmaterial enthält; und Einstellen des Kühlerregelventils (89, 226) in eine zweite Stellung, damit Kühlmittel nur durch den zweiten Bereich (214) des Kühlers (72, 250) aber nicht durch den ersten Bereich (212) fließt.
Verfahren nach Anspruch 1, das außerdem Einstellen des Kühlerregelventils (89, 226) in eine dritte Stellung zwischen der ersten und der zweiten Stellung umfasst, damit Kühlmittel sowohl zu dem ersten Bereich (212) als auch dem zweiten Bereich (214) des Kühlers (72, 250) fließt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kühlerregelventil (89, 226) ein Dreiwegeventil ist, das in Strömungsverbindung mit dem ersten Bereich (212) und dem zweiten Bereich (214) des Kühlers (72, 250) und einem Kühlmitteleingang (222) des Kühlers (72, 250) steht, wobei der Kühlmitteleingang (222) vorgeschaltet zu dem ersten Bereich (212) und dem zweiten Bereich (214) angebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Bereich (212, 214) jeweils eine Vielzahl von hohlen Kühlmittelröhren (218) umfassen, um Kühlmittel durch den Kühler (72, 250) zu leiten, und wobei Fließen des Kühlmittels durch den ersten Bereich (212) Fließen des Kühlmittels durch eine oder mehrere der Kühlmittelröhren (218) nur in dem ersten Bereich (212) umfasst und wobei Fließen des Kühlmittels durch den zweiten Bereich (214) Fließen des Kühlmittels durch eine oder mehrere der Kühlmittelröhren (218) nur in dem zweiten Bereich (214) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei eine oder mehrere wärmeleitende Lamellen (220, 221) mit jeder der Vielzahl von Röhren (218) physisch verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das PCM nur in den wärmeleitenden Lamellen (220) des ersten Bereichs (212) enthalten ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen des Kühlerregelventils (89, 226) in jede der ersten und der zweiten Stellung mithilfe einer elektronischen Steuereinheit (12) als Reaktion auf eine Kühlmitteltemperatur ausgeführt wird, die aufgrund einer Ausgabe eines Temperatursensors (90) geschätzt wird, der vorgeschaltet zu dem Kühler (72, 250) und nachgeschaltet zu einem Motor (52) angebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Einstellen des Kühlerregelventils (89, 226) in die zweite Stellung als Reaktion auf eine oder mehrere aus einer Kühlmitteltemperatur, die über einen ersten Schwellenwert ansteigt und der Kühlmitteltemperatur, die unter einen zweiten Schwellenwert fällt, wobei der zweite Schwellenwert größer als der erste Schwellenwert ist, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei Einstellen des Kühlerregelventils (89, 226) in die erste Stellung als Reaktion auf eine oder mehrere aus der Kühlmitteltemperatur, die über den zweiten Schwellenwert ansteigt und der Kühlmitteltemperatur, die unter einen dritten Schwellenwert fällt, wobei der dritte Schwellenwert niedriger als der erste Schwellenwert ist, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Schmelztemperatur des PCM niedriger als ein Siedepunkt des Kühlmittels ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kühlerregelventil (89, 226) ein passives Wachsthermostatventil ist, wobei die Stellung des Kühlerregelventil (89, 226) als Reaktion darauf, dass die Kühlmitteltemperatur am Kühlerregelventil (89, 226) über einen Schwellenwert ungleich null ansteigt, von der zweiten Stellung in die erste Stellung eingestellt wird.
Kühler (72, 250), umfassend: eine erste Gruppe von Kühlmittelröhren (218), wobei jede Kühlmittelröhre (218) der ersten Gruppe von einem Phasenübergangsmaterial (Phase Change Material, PCM) umhüllt wird; eine zweite Gruppe von Kühlmittelröhren (218), wobei jede Kühlmittelröhre (218) der zweiten Gruppe nicht von dem PCM umhüllt wird; und ein Kühlerregelventil (89, 226), das in einem Eingangstank (204) des Kühlers (72, 250) angeordnet ist und in Strömungsverbindung mit einem Kühlmitteleingang (222) des Kühlers (72, 250) steht, wobei das Kühlerregelventil (89, 226) die erste und die zweite Gruppe von Kühlmittelröhren (218) strömungstechnisch voneinander trennt.
Kühler (72, 250) nach Anspruch 12, wobei das Kühlerregelventil (89, 226) den Eingangstank (222) in einen ersten Teil, der in Strömungsverbindung mit Röhreneingängen der ersten Gruppe von Kühlmittelröhren (218) steht, und einen zweiten Teil teilt, der in Strömungsverbindung mit Röhreneingängen der zweiten Gruppe von Kühlmittelröhren (218) steht.
Kühler (72, 250) nach Anspruch 12, wobei das Kühlerregelventil (89, 226) zwischen einer ersten Stellung, die Kühlmittel von dem Kühlmitteleingang (222) nur mit der ersten Gruppe von Kühlmittelröhren (218) in Verbindung setzt, und einer zweiten Stellung einstellbar ist, die Kühlmittel von dem Kühlmitteleingang (222) nur mit der zweiten Gruppe von Kühlmittelröhren (218) in Verbindung setzt.
Kühler (72, 250) nach Anspruch 12, wobei die zweite Gruppe von Kühlmittelröhren (218) außerdem eine Vielzahl von wärmeleitenden Lamellen (221) umfasst, die mit Außenflächen von einer oder mehreren benachbarten Kühlmittelröhren (218) der zweiten Gruppe von Kühlmittelröhren (218) verbunden sind, wobei die Lamellen (221) durch einen Zwischenraum voneinander getrennt sind, um Luftkanäle (228) zu bilden, durch welche Luft senkrecht zu einem Kühlmittelfluss in dem Kühler (72, 250) strömt.
Kühler (72, 250) nach Anspruch 12, wobei das Kühlerregelventil (89, 226) ein passives Thermostatventil ist, das ein temperaturempfindliches Element umfasst, und wobei die Stellung des Kühlerregelventils (89, 226) als Reaktion auf Änderungen bei der Kühlmitteltemperatur am Kühlerregelventil (89, 226) eingestellt wird.
Kühler (72, 250) nach Anspruch 12, wobei sich das PCM vollständig zwischen den Außenflächen benachbarter Kühlmittelröhren (218) der ersten Gruppe von Kühlmittelröhren (218) erstreckt und das PCM eine physische Verbindung aller Kühlmittelröhren (218) der ersten Gruppe von Kühlmittelröhren (218) untereinander herstellt.
Kühlsystem (10), umfassend: einen Motor (52); eine Pumpe (66) zum Zirkulieren von Kühlmittel in dem Kühlsystem (10); einen Kühler (72, 250), der zwei Bereiche (212, 214) umfasst, einen ersten Bereich (212), der ein Phasenübergangsmaterial (Phase change material, PCM) enthält, und einen zweiten Bereich (214) der kein PCM enthält, wobei der Kühler (72, 250) außerdem ein Kühlerregelventil (89, 226) umfasst, um den Kühlmittelfluss zu jedem des ersten und des zweiten Bereichs (212, 214) selektiv zu steuern; und eine Steuereinheit (12) mit computerlesbaren Befehlen zum: Einstellen einer Stellung des Kühlerregelventils (89, 226) in eine erste Stellung und Veranlassen, dass Kühlmittel nur zum ersten Bereich (212) aber nicht zum zweiten Bereich (214) fließt, als Reaktion auf eine oder mehrere aus einer Kühlmitteltemperatur, die über einen ersten Schwellenwert ansteigt, einer Kühlmitteltemperatur, die unter einen zweiten Schwellenwert fällt, wobei der zweite Schwellenwert geringer als der erste Schwellenwert ist; und Einstellen der Stellung des Kühlerregelventils (89, 226) in eine zweite Stellung und Veranlassen, dass Kühlmittel nur zum zweiten Bereich (214) aber nicht zum ersten Bereich (212) fließt, als Reaktion auf eine oder mehrere aus einer Kühlmitteltemperatur, die über einen dritten Schwellenwert ansteigt, wobei der dritte Schwellenwert größer als der zweite Schwellenwert aber geringer als der erste Schwellenwert ist, und einer Kühlmitteltemperatur, die unter den ersten Schwellenwert fällt.
Kühlsystem (10) nach Anspruch 18, wobei die computerlesbaren Befehle außerdem Befehle umfassen, um als Reaktion darauf, dass die Kühlmitteltemperatur unter den ersten Schwellenwert fällt, eine Stellung des Kühlerregelventils (89, 226) in eine erste Stellung einzustellen und zu veranlassen, dass Kühlmittel durch eine Kühlerüberbrückung fließt.
Kühlsystem (10) nach Anspruch 18, wobei der Kühler (72, 250) außerdem einen Kühlmitteleingang (222) umfasst, der in Strömungsverbindung mit dem Kühlsystem (10) und dem Kühler (72, 250) steht, um Kühlmittel von außerhalb des Kühlers (72) in einen Eingangstank (204) des Kühlers (72, 250) fließen zu lassen, wobei der Eingangstank (204) in Strömungsverbindung mit dem ersten Bereich (212) und dem zweiten Bereich (214) steht und wobei das Kühlerregelventil (89, 226) in dem Eingangstank (204) des Kühlers (72, 250) angebracht ist und in Strömungsverbindung mit dem Kühlmitteleingang (222), dem ersten Bereich (212) und dem zweiten Bereich (214) steht.