DE10329563B4

DE10329563B4 - Verfahren und Vorrichtung zur bedarfsgerechten Kühlung von Verbrennungskraftmaschinen unter Verwendung eines Bypassventils und mindestens einer Wärmesenke

Info

Publication number: DE10329563B4
Application number: DE10329563.1A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Himmelsbach Johann
Original assignee: AutomotiveThermoTech GmbH
Current assignee: AutomotiveThermoTech GmbH
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2014-12-04
Anticipated expiration: 2023-07-01
Also published as: DE10329563B9; DE10329563A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs für Kraftfahrzeuge mit einer durch Kühlmittel gekühlten Brennkraftmaschine, mit einem autarken Thermostatventil 6, welches zur Kontrolle der Kühlmitteltemperatur den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine 1 und den Fahrzeugkühler 8 regelt und einem von der elektronischen Motorsteuerung 20 beeinflussbaren Bypasszweig 6b mit Zusatzventil 6bv, welcher den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von deren Kühlbedarf zusätzlich variiert, insbesondere Verfahren zum Betrieb von Brennkraftmaschinen mit einem konvenzionellen Dehnstoff-Thermostaten, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die den Kühlmitteldurchsatz durch den Heizungswärmetauscherkreislauf 4a, den Entlüftungskreislauf 9a und/oder sonstige auch bei geschlossenem Thermostaten 6 durchströmte Kühlmittelzweige so stark begrenzen, dass in einer ersten Betriebsart mit einem hohen Kühlmitteldurchsatz durch den Bypasszweig 6b die nominale Thermostatöffnungstemperatur durch die Motorsteuerung einstellbar wird und dass in einer zweiten Betriebsart mit einem reduzierten Kühlmitteldurchsatz durch den Bypasszweig 6b eine aus der Vermischung der einzelnen Teilströme und deren Wärmesenken mit dem geringen Kühlmittelstrom des Bypasszweigs 6b resultierende effektive Thermostatöffnungstemperatur deutlich oberhalb der nominalen Thermostatöffnungstemperatur durch die Motorsteuerung einstellbar wird und insbesondere, dass in der zweiten Betriebsart zur Minimierung des Kraftstoffverbrauchs in der Teillast die Kühlmittelaustrittstemperaturen aus dem Motor um mehr als 15 K über die nominale Thermostatöffnungstemperatur angehoben werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs für Kraftfahrzeuge mit einer durch Kühlmittel gekühlten Brennkraftmaschine, mit einem autarken Thermostatventil 6, welches zur Kontrolle der Kühlmitteltemperatur den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine 1 und den Fahrzeugkühler 8 regelt und einem von der elektronischen Motorsteuerung beeinflussbaren Bypasszweig 6b mit Zusatzventil 6bv, welches den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von deren Kühlbedarf zusätzlich variiert. Insbesondere ist das Verfahren zum Betrieb von Brennkraftmaschinen mit konvenzionellen Dehnstoff-Thermostaten geeignet. Dabei handelt es sich um eine Fortsetzungsanmeldung der Anmeldung unter der Nr. 103 11 188.3 beim Deutschen Patentamt.
Es ist bekannt, bei Kfz-Motorkühlsystemen mittels einer verbesserten Funktionstüchtigkeit und/oder mittels einer externen Ansteuerbarkeit der üblicherweise verwendeten Bauteile, wie des Dehnstoff-Kühlerthermostaten, der Kühlmittelpumpe und teilweise auch mittels eines Zusatzventils die Temperaturregelgüte zu verbessern und/oder eine verbesserte Motorkühlung und/oder Kabinenheizung zu bewirken. So zeigt die DE 44 33 110 A1 ein Kfz-Kühlsystem mit einem ersten Ventil für einen Heizungswärmetauscherströmungspfad und einem komplementär dazu geschalteten zweiten Ventil für einen Bypassströmungspfad zur Umgehung des Heizungswärmetauschers. Dieses System zielt primär darauf ab, dass bei gedrosseltem/ausgeschaltetem erstem Ventil, d. h. bei kühlmittelseitig gedrosselter/ausgeschalteter Kabinenheizung, eine hohe Kühlmitteldurchströmung des Motors und eine gute Regelgüte des Thermostaten sichergestellt werden kann, und bei eingeschalteter Heizung aufgrund des geschlossenen/gedrosselten zweiten Ventils eine hohe Kühlmitteldurchströmung des Heizungswärmetauschers. Eine Berücksichtigung der Motorlastabhängigkeit bei der Ansteuerung der beiden Ventile (Regler) 19 und 26 ist in der DE 44 33 110 A1 nicht vorgesehen.
Die komplementäre und damit nicht frei wählbare Ansteuerung der beiden Ventile 19 und 26 unter Berücksichtigung der Anforderungen der Kabinenheizungsregelung führt bei diesem System zwangsläufig dazu, dass das System nicht frei von der Motorsteuerung verstellbar ist. D. h. u. a. dass eine motorlastabhängige Kühlung zur Kraftstoffeinsparung nicht einstellbar ist. Eine Kühlmöglichkeit bei ausgeschalteter Kabinenheizung und gleichzeitig abgeschaltetem/gedrosseltem Bypass ist ebenfalls nicht vorgesehen. Insbesondere ist ein Hinweis zur Ansteuerung der beiden Regler in Richtung „Null Flow”, d. h. eine Abschaltung der Motorkühlmitteldurchströmung, in der DE 44 33 110 A1 nicht zu finden. Vielmehr soll dieser Zustand mit der komplementären Ansteuerung der beiden Ventile gerade vermieden werden. Ein Hinweis auf einen möglichen Motorentlüftungskreislauf und dessen Drosselung/Verschließen zur Verbesserung des Warmlaufs bzw. einer „Null Flow-Einstellung” des Motors findet sich in der DE 44 33 110 A1 ebenfalls nicht.
Eine Alternative zur Verbesserung der Temperaturregelgüte ohne den hohen Aufwand zweier thermostatexterner Ventile zeigt der Dehnstoffthermostat der US 4,748,941A, wobei eine aktive Einflussnahme der Motorsteuerung auf den Thermostaten oder den Bypasszweig nicht vorgesehen ist. Der Thermostat weist im Warmlauf stets einen Bypassvolumenstrom auf und stellt damit eine Motordurchströmung sicher.
Die US 5,730,089A zeigt ein weiteres Kühlsystem mit einem Bypass-Dehnstoff-Thermostaten sowie zusätzlichen davon getrennten Ventilen zur Kontrolle des Kühlsystems bzw. einzelner Wärmetauscher, wobei der Bypasszweig des Motors bzw. des Fahrzeugkühlers im Warmlauf stets offen ist und der Heizungskreislauf einen zusätzlichen Bypasszweig zur Aktivierung/Deaktivierung der Heizung aufweist.
Die DE 199 21 421 A1 zeigt eine weitere Vorrichtung zur Verwendung in Motorkühlsystemen, bei der Umschaltventile mit einer Umwälzpumpe sehr kompakt in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, die für Motorkühlkreisläufe mit einem Bypassventil sowie für Heizkreisläufe einsetzbar ist. Das ist im Prinzip eine spezielle Ausgestaltungsvariante der beiden komplementären Ventile in der DE 44 33 110 A1 , verbunden mit den bereits beschriebenen Schwächen, z. B. bezüglich der freien Motorlastanpassung der Motorkühlung je nach Kabinenheizbedarf.
Eine nochmals andere Lösung zur Verbesserung des Wärmemanagements zeigt die DE 199 43 981 A1 mit einem Bypassthermostaten auf Basis eines Axialschiebers, welcher den Kühlmitteldurchfluss durch den Bypasskreislauf und den Kühlerkreislauf regelt. Die Eingriffsmöglichkeiten der Motorsteuerung bleiben auch hier aufgrund der Zwangskopplung des Axialschiebers mit den einzelnen Öffnungsbereichen ganz erheblich begrenzt. Insbesondere ist ein freier Zugriff der Motorsteuerung auf den Bypasszweig und den Heizungszweig nicht möglich.
Es ist – in Teilaspekten aus den bereits genannten Quellen und aus zahlreichen anderen Quellen – insbesondere hinlänglich bekannt, bei modernen PKW mittels Wärmemanagement-Maßnahmen den Kraftstoffverbrauch zu senken. Eine schnelle Erwärmung des Kühlmittels und des Motoröls und damit auch der Motorbauteile sowie das Anheben der Thermostatöffnungstemperatur in der Teillast sind probate Mittel, um Kraftstoffverbrauchsverbesserungen von 5% und mehr im ECE-Zyklus zu realisieren. Zukünftige Strategien zur Erzielung des vollen Kraftstoffeinsparpotenzials mittels derartiger Maßnahmen beinhalten insbesondere Möglichkeiten, den Öffnungszeitpunkt des Thermostaten mittels der Motorsteuerung frei zu wählen und den Kühlmitteldurchsatz durch den Motor im Warmlauf in weiten Bereichen zu variieren. Hierfür sind verschiedene Lösungen verfügbar, von der magnetischen Schaltkupplung zur Abschaltung der Kühlmittelpumpe des Motors über pumpeninterne Kurzschlussventile bis hin zur voll variablen el. Wasserpumpe als Ersatz für die riemengetriebene Kühlwasserpumpe.
Allen bekannten Lösungen zur Regelung des Kühlmitteldurchsatzes durch den Motor ist gemeinsam, dass erhebliche Kosten für die erforderlichen Zusatzkomponenten anfallen. Neben den Maßnahmen zur Regelung des Durchflusses durch den Motor ist bei den meisten bekannten Optimierungsstrategien insbesondere der Austausch des heute üblichen Thermostaten mit Regelung des Kühlerdurchflusses mittels Dehnstoffelement durch ein von der Motorsteuerung frei ansteuerbares Ventil vorgesehen. Für die volle Ausnutzung des Potenzials sind in diesem Zusammenhang insbesondere relativ aufwändige Ventile vorgesehen bei denen der Durchfluss durch den Kühler von der Motorsteuerung vorgegeben und über einen Schrittmotor feinfühlig eingestellt wird. Verschiedene Drehpositionen des Mehrwegeventils stellen dann z. B. bevorzugte Positionen für eine optimale Heißkühlung, eine maximale Kühlwirkung oder eine maximale Kabinenheizleistung ein. Die Kosten für ein derartiges Ventil, um mehrere Zu- und Abflüsse u. a. für den Kühler-, den Bypass- und den Heizkreislauf zu schalten bzw. stufenlos zu variieren, sind nicht unerheblich. Hinzu kommt ein weiterer Zusatzaufwand, wenn ein hinreichendes Fail-Save-Verhalten für alle möglichen sommerlichen und winterlichen Betriebszustände realisiert werden soll. Die Kosten sind daher bereits erheblich, selbst wenn unter Verzicht auf das volle Kraftstoffeinsparpotenzial darauf verzichtet wird, gleichzeitig mit der Einführung des Ventils auch eine Zusatzmaßnahme zur Variation der Kühlmittelpumpendrehzahl bzw. der Kühlmittelpumpenförderleistung vorzusehen.
Nicht zuletzt vor dem Hintergrund der Kosten und der Betriebssicherheit hat sich bisher ein wesentlich einfacheres System zur Heißkühlung am Markt durchgesetzt, bei dem ein Dehnstoff-Thermostat mit einem el. beheizbaren Dehnstoffelement den wahlweisen Betrieb bei zwei verschieden Kühlmitteltemperaturen ermöglicht. Dabei wird ein Thermostat mit Dehnstoffelement eingesetzt, welcher beispielsweise ab 100°C zwangsläufig beginnt zu öffnen, bei el. Bestromung des Heizelements wird dieser Öffnungszeitpunkt dann mittels der el. Wärmezufuhr zum Dehnstoffelement auf 80°C verschoben. Die Kraftstoffverbrauchsvorteile sind hier zwar nicht voll ausgeschöpft, u. a. weil die Wirksamkeit des Systems auf Fahrsituationen mit Kühlmitteltemperaturen oberhalb ca. 80°C begrenzt ist, die Mehrkosten sind aber auch wesentlich geringer. Darüber hinaus ist sowohl jegliche Diskussion bezüglich der Robustheit des Systems und deren Fail-Safe-Charakteristik als auch die Frage nach der Verfügbarkeit serienreifer Bauteile angesichts der bereits vorliegenden Serienerfahrung mit dieser Art von el. beheizten Thermostaten weitgehend gegenstandslos.
Dennoch arbeiten die Systemlieferanten für KFZ-Kühlsysteme an den eingangs beschriebenen Varianten zur vollen Ausschöpfung des Kraftstoffeinsparpotenzials von Wärmemanagementmaßnahmen. Der Erfolg dieser neuen Lösungswege ist jedoch einerseits in erheblichem Maße an die Entwicklung der Emissionsvorschriften und der Kraftstoffpreise gekoppelt, andererseits auch sehr stark an die Bereitstellung wesentlich preiswerterer Hardware als bisher verfügbar. Umgekehrt erschwert gerade der ausbleibende Großserienanlauf fallende Hardwarepreise für das el. Mehrwegeventil als Thermostatersatz und gegebenenfalls die schalt- bzw. regelbare Kühlwasserpumpe.
Demgegenüber liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein besonders kostengünstiges und dennoch betriebssicheres Kühl- und Heizsystem zu schaffen, bei dem möglichst viel des Kraftstoffeinsparpotenzials von Wärmemanagementmaßnahmen bereits bei Kühlmitteltemperaturen unterhalb der heute bei Kühlsystemen ohne el. Thermostaten üblichen Thermostatöffnungstemperatur genutzt werden kann und welches darüber hinaus auch dazu genutzt werden kann, möglichst viel des Kraftstoffeinsparpotenzials zu realisieren, für das eine Kühlmitteltemperatur oberhalb der heute bei Kühlsystemen ohne el. Thermostaten üblichen Thermostatöffnungstemperatur benötigt wird.
Als besonders anzustrebende bzw. zu überbietende Eckpunkte für die Temperaturen und Kosten sind hierbei derzeit die Werte der el. beheizbaren Thermostaten anzusehen, wie sie z. B. in Fahrzeugen der Marke BMW und Ford derzeit eingebaut sind, d. h. insbesondere Einstellung der Kühlmitteltemperatur mittels der Motorsteuerung auf Werte zwischen 80–85°C bei hoher Last und 100–115°C in der Teillast.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 der Ausgangsanmeldung gelöst. Auch der Hauptanspruch der neuen Anmeldung löst diese Aufgabe. Insbesondere in Verbindung mit deren Patentanspruch 2 erweist sich der Hauptgedanke der Erfindung als besonders einfach und wirtschaftlich umsetzbar.
Dabei macht die Option, den Kühlmitteldurchfluss durch den Bypasszweig sowie die Heizung ohne weitere aktiv angesteuerte Zusatzbauteile zeitweise auf Null zu setzen, diese Vorgehensweise besonders attraktiv. Im Extremfall genügt ausgehend von heutigen Serienkühlsystemen das Einfügen des Bypassventils 6bv und die Verlegung des Heizungswärmetauscheranschlusses an die unübliche Position stromab des Bypassventils 6bv in Verbindung mit einer hinreichend sorgfältig angepassten und feinfühligen Durchflusskontrollstrategie und unter Anpassung der Kühlergebläseschalttemperaturen. In dieser Einfachstvariante ist dies mit gewissen Abstrichen bezüglich des Heizkomforts und des maximalen Kraftstoffeinsparpotenzials verbunden. Die Anwendung in Verbindung mit den Komponenten der anderen beigeordneten Ansprüche hilft jedoch, auch einen Teil des Kraftstoffeinsparpotenzials bei eingeschalteter Heizung zu realisieren, auch wenn das Potenzial der Ausgangsanmeldung wohl nicht erreichbar ist. Dabei werden auch hier im Ganzjahresbetrieb noch Kraftstoffverbrauchseinsparungen möglich, wie sie selbst wesentlich teurere Systeme mit aufwändigem Mehrwegeventil und variabler Kühlmittelpumpe nicht erreichen. Speziell in den gesetzlichen Emissionstests bei 25°C (ECE, MVEURO, FTP) liegt das Kraftstoffeinsparpotenzial beim Kaltstart wie auch beim heißen Wiederholungstest auf dem Niveau der wesentlich teureren Systeme.
Zunächst soll das erfindungsgemäße Verfahren mit besonderem Blick auf den gesetzlichen Abgastest beschrieben werden. Dabei spielen in der Ausgangspatentanmeldung die stellvertretend für eine Vielzahl für die Erfindung nutzbarer Strömungsbegrenzungsmittel aufgeführten Mittel 2, 4, 15 und 9a eine wesentliche Rolle, die den Kühlmitteldurchsatz durch den Heizungswärmetauscherkreislauf 4a, den Entlüftungskreislauf 9a und/oder sonstige auch bei geschlossenem Thermostaten 6 durchströmte Kühlmittelzweige stark begrenzen. Ein ebenso geeignetes Mittel kann aber auch das Bypassventil 6bv selbst sein, wenn der Anschluss des Kabinenheizkreislaufs 4a stromab des Bypassventils erfolgt: Im gesetzlichen Abgastest, der ohne Kabinenbeheizung erfolgt, übernimmt hierbei das Bypassventil 6bv die gleichzeitige Drosselung des Kühlmitteldurchsatzes im Bypasskreislauf und im Heizungskreislauf und führt so auf die Reduzierung des Gesamtkühlmitteldurchsatzes durch den Motor. Im Extremfall ist das Bypassventil 6bv anfangs geschlossen und öffnet erst im weiteren Warmlauf nach und nach. Dabei erfolgt bei Erreichen der Thermostatöffnungstemperatur eine so starke Drosslung des Kühlmitteldurchsatzes durch den Bypass- und Heizungszweig, dass der autarke Thermostat 6 angesichts der kalten Rücklauftemperatur vom Fahrzeugkühler nur verzögert öffnet und somit eine erhöhte effektive Öffnungstemperatur aufweist. Als Endergebnis zeigen sich wiederum erhöhte Kühlmitteltemperaturen am Motoraustritt und signifikant erhöhte Bauteiltemperaturen. Deren positive Wirkung auf den Kraftstoffverbrauch wird in der Ausgangspatentanmeldung hinreichend beschrieben und muss daher an dieser Stelle nicht wiederholt werden.
Beim Erreichen kritischer Bauteiltemperaturen oder bei voller Motorlast wird – ganz analog zur Ausgangspatentanmeldung – das Bypassventil 6bv weiter oder gar ganz geöffnet. Ein hoher Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor führt dann zu der gewünschten Homogenisierung der Bauteiltemperaturen unter Absenkung der Spitzentemperaturen und gegebenenfalls bei hinreichend langer Andauer der erhöhten Motorlast auch zum Öffnen des Thermostaten 6.
Maßgeblich dafür, dass mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise auch im oberen Temperaturbereich ein Kraftstoffverbrauchsvorteil realisierbar wird, der z. B. dem Verbrauchsvorteil des el. beheizten Thermostaten bei betriebswarmem Motor entspricht, ist die Minimierung des Gesamtkühlmitteldurchsatzes durch den Motor in Richtung der maximal zulässigen Bauteil- und Kühlmitteltemperaturen. Bei den heute am Markt anzutreffenden Kühl- und Heizsystemen von PKW scheitert dies i. a. bereits daran, dass parallel zum Bypasszweig 6b mehre weitere Zweige angeordnet sind, die bei offenem wie bei geschlossenem Bypass und auch bei geöffnetem und geschlossenem Fahrzeugkühler durchströmt werden. Als Beispiele seien hier nur der Ölkühler und die Kabinenheizung mit luftseitiger Temperaturregelung genannt. Ein Öffnen und Schließen des Bypassventils bewirkt hier ohne die erfindungsgemäßen Veränderungen lediglich eine relative geringe Bandbreite für die Variation des Kühlmittelmassenstroms durch den Motor im Bereich von beispielsweise 15 l/min bis 75 l/min. Auch dies bewirkt eine Variation des Wärmeübergangskoeffizienten und damit eine leichte Erhöhung der Bauteiltemperaturen, doch weitaus weniger, als für den Warmlauf angestrebt ist: Dort sind vielmehr Volumenströme von 0–2 l/min von Interesse. Nicht zuletzt diese Problematik hat den Weg für die derzeit vielerorts zu beobachtende Entwicklung in Richtung des eingangs beschriebenen el. Mehrwegeventils bereitet, bei dem nicht nur das bedarfsweise Verschließen des Kühlerkreislaufs sondern auch des Bypass- sowie des Heizungs- und gegebenenfalls auch des Entlüftungskreislaufs von einem zentralen Mehrwegeventil gehandhabt wird. Demgegenüber schlägt die erfindungsgemäße Vorgehensweise der Ausgangsanmeldung insbesondere für die Heizung und andere parallele Zweige des inneren Kühlkreislaufs vor, bevorzugt nicht ein aufwändiges Mehrwegeventil zu verwenden, sondern ein einfaches Zweiwegeventil 6bv im Bypasszweig und gegebenenfalls weitere motorexterne Mittel vorzusehen, die es erlauben den Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor durch Betätigung des Bypassventils 6bv bis herab zu sehr kleinen Werten einzustellen. Dies können zusätzliche aktive Stellglieder wie z. B. Ventile 15 sein, bevorzugt aber kostengünstige passive Stellglieder wie z. B. Hochleistungswärmetauscher 4 mit erhöhtem Druckverlust, welche speziell für geringe Kühlmitteldurchsätze dimensioniert sind. Speziell bei der Kabinenbeheizung eignet sich hier die Verwendung der Gegenstrombauweise mit minimierten Kühlmittelleitungsquerschnitten, gegebenenfalls mit einer kleinen el. Zusatzpumpe 2.
Die Ausgestaltung der Zusatzanmeldung sieht als Variante dieser Vorgehensweise vor, den Heizungswärmetauscher und gegebenenfalls auch den Ölkühler und andere üblicherweise parallel angeordnete Kühlmittelzweige des inneren Motorkühlkreislaufes so stromab des Bypassventils an den Bypasszweig anzuschließen, dass ein Drosseln oder Schließen des Bypassventils 6bv auch ein Drosseln oder Schließen des Durchflusses durch diese Bauteile bewirkt. Im einfachsten Fall können hierdurch – unter gewissen Abstrichen bezüglich des maximalen Kraftstoffeinsparpotenzials – heutige Serienbauteile ohne Veränderung oder Zusatzbauteile verwendet werden.
Die Vorteile des geringen Kühlmitteldurchsatzes in der Warmlaufphase sind mit dem erfindungsgemäßen System ähnlich gut realisierbar wie mit dem aufwändigen Mehrwegventil, verbunden mit wesentlich geringeren Kosten für das Gesamtsystem. Von ganz besonderem Interesse ist dabei die bereits beschriebene Möglichkeit, auch die Vorteile der Funktion „Anhebung der Thermostatöffnungstemperatur in der Teillast” ohne jegliche Mehrkosten zu liefern. Ohne die erfindungsgemäße Vorgehensweise zur Bereitstellung eines Regelbereichs für den Kühlmittelstrom durch den Motor bis herab zu kleinsten Werten wäre dies nicht möglich. Zur Bereitstellung dieses feinen Regelbereichs ist es insbesondere sehr vorteilhaft, wenn das Bypassventil 6bv stufenlos verstellbar ist. Die Drosselwirkung kann dann in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und damit in Abhängigkeit vom Förderdruck der Motorpumpe variiert werden. Alternativ erfolgt eine gepulste An/Aus-Regelung unter Berücksichtigung der Motordrehzahl. Da speziell im gesetzlichen Abgastest immer wieder Leelaufphasen mit geringer Motordrehzahl anfallen bieten sich speziell diese Phasen mit geringem Förderdruck dazu an, durch eine definierte Öffnungsdauer mit konstanter Drehzahl einen genau dosierten mittleren Kühlmitteldurchsatz einzustellen. Bei hinreichend schneller Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit des Bypassventils kann dies aber auch in den Zeitabschnitten mit konstanter Motordrehzahl bzw. Fahrgeschwindigkeit erfolgen. Auch wenn die Systemabstimmung wesentlich komplexer und aufwändiger wird als bei der Ausgangsanmeldung so machen die geringen Kosten die Vorgehensweise der Fortsetzungsanmeldung speziell bei Begrenzung der Auslegungsziele auf den gesetzlichen Abgastest ohne Kabinenbeheizung sehr attraktiv.
1 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung eines Motor- und Fahrzeugkühlsystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, unter exemplarischer Einbeziehung wichtiger für die verfahrensgemäße Ansteuerung des Kühlmitteldurchsatzes hilfreichen Mess- und Steuerleitungen 20a–20d des Motorsteuergeräts 20.
Das Kühlmittel wird gemäß 1 durch die Motorkühlwasserpumpe 7 durch den Motor 1 gefördert. Vom Motoraustritt strömt das Kühlmittel in einem ersten Kreislauf 9a zum Wasserbehälter 9 und dann über den Thermostaten 6 zurück zum Motor 1. Dieser Zweig dient der Belüftung und Entgasung und enthält zur Minimierung der Wärmeverluste im Warmlauf und zur sicheren Entgasung insbesondere eine nicht eingezeichnete Drosselstelle zur Reduzierung des Kühlmitteldurchsatzes auf Werte nahe Null bei geringer Motordrehzahl. Wahlweise kann statt der Drosselstelle ein Zweiwegeventil eine noch präzisere Kontrolle bzw. temporäre Abschaltung im Warmlauf vornehmen oder die Rückleitung vom Wasserbehälter auf der kalten Kühlerseite erfolgen. Ein zweiter Zweig des Kühlsystems geht über die Leitung 6a und den Fahrzeug-Kühler 8 zum Thermostaten 6 bzw. über den mittels der Motorsteuerungsleitung 20d schaltbaren Bypasszweig 6b mit Schaltventil 6bv direkt zum Thermostaten 6. Der Thermostat 6 kann ein doppelt wirkender Thermostat sein, der den Bypass bei völlig geöffnetem Kühlerkreislauf eigenständig schließt, oder auch ein einfachwirkender Thermostat der innerhalb des Thermostats stets für den Bypasszweig 6b offen ist. Die Leitung des Zweigs 6b kann beim einfachwirkenden Thermostaten wahlweise auch zum Rücklauf des Heizkreislaufs 4a geleitet werden. Ab einer bestimmten Betriebstemperatur öffnet der Thermostat 6 den Kühlerzweig 6a mehr und mehr und halt die Kühlmitteleintrittstemperatur zum Motor annähernd konstant. Bei weitgehend geöffnetem Kühlerzweig und hohem Kühlbedarf kann es je nach Motor- und Kühlervariante gegebenenfalls vorteilhaft sein, wenn das Bypassventil 6bv geschlossen wird, beim doppelt wirkenden Thermostaten wird der Bypasszweig 6b innerhalb des Thermostaten 6 bei voll geöffnetem Thermostaten 6 zwangsläufig geschlossen, losgelöst von der gewählten Stellung del el. Bypassventils 6bv.
Neben den Zweigen 6a, 6b, und 9a zur Motorkühlung bzw. Entlüftung des Kühlsystems dient der Zweig 4a der Beheizung der Fahrzeugkabine. Das Kühlmittel wird von der el. Zusatzpumpe 2 über ein von der Motorsteuerung 20 kontrollierbares Durchflussregelventil 15 zum Kabinenwärmetauscher 4 und dann zurück zum Thermostaten 6 gefördert.
Wahlweise genügt es auch, die Durchflussregelung der Heizung mittels eines Durchflussbegrenzungsventils 15 und/oder mittels erhöhter Druckverluste im Heizungszweig 4a vorzunehmen. Noch einfacher und besonders effizient bezüglich einer präzisen Regelung der Kabinenheizung wird die Ausgestaltung des Systems gemäß 1, wenn ein spezieller Hochleistungskabinenwärmetauscher 4 und eine Zahnradpumpe 2 mit einem regelbaren Volumenstrom von 0–2 l/min verwendet wird. Ein hinreichend kleiner und hinreichend genau dosierbarer Volumenstrom ist dann problemlos ohne das Ventil 15 realisierbar. Grundsätzlich ist die Zusatzpumpe 2 hier sehr hilfreich, um einen definierten Volumenstrom durch die Kabinenheizung bei unterschiedlichen Stellungen des Bypassventils sicherzustellen. Der Anschluss des Heizungskreislaufs erfolgt stromab des Bypassventils, so dass durch Schließen des Bypassventils gegebenenfalls eine vollständige Unterbrechung des Heizkreislaufs möglich ist. Gegebenfalls kann eine Abstimmung der Stellungen der Drosselventile 15 und 6bv auf Motorlast, Motordrehzahl und Heizleistungsbedarf erfolgen. Dies ist insbesondere dann sehr hilfreich, wenn eine normale Kreiselpumpe als el. Zusatzpumpe 2 zum Einsatz kommen soll oder wenn diese aus Kostengründen gar entfallen soll.
2 zeigt die entsprechende Anpassung der 2 des Ausgangspatentes mit Verlegung des Heizungsanschlusses stromab des Bypassventils 6bv. Auch hier gelten die obigen Ausführungen analog.
In der kostengünstigsten Variante gemäß 3 entfallen die Zusatzpumpe 2 und das Regelventil 15, so dass bis auf die Integration des Bypassventils 6bv und die Verlegung des Heizungszulaufs keine Hardware-Veränderungen zu bereits bekannten Serienkühlsystemen benötigt werden. Eine derartige Ausgestaltung zielt im Gegensatz zur Ausgangsanmeldung primär auf den Kraftstoffverbrauch im gesetzlichen Abgastest ohne Heizung und verzichtet zur Kostenminimierung bewusst auf das Potenzial der Ausgangsanmeldung, gleichzeitig auch die Kabinenheizung zu verbessern und auch bei hoher Wärmeentnahme für die Kabine noch Kraftstoff zu sparen.
Dabei ist klar, dass die Vorgehensweise gemäß 1–3 der Fortsetzungsanmeldung in Bezug auf die erreichbare Kabinenheizleistung und auch die Regelgüte der Heizung gewisse Nachteile gegenüber der Vorgehensweise der Basispatentanmeldung aufweist. Ebenso ist das Kraftstoffeinsparpotenzial im gesetzlichen Abgastest i. a. etwas geringer bzw. bei hohem Kabinenheizleistungsbedarf gar nicht vorhanden. Die geringen Mehrkosten für Kraftstoffeinsparungen im gesetzlichen Abgastest ohne Kabinenbeheizung und bei geringem Kabinenheizbedarf machen diese Variante dennoch attraktiv. Dabei ist durch vollständiges Öffnen des Bypassventils der heute übliche Serienstand der Kabinenbeheizung bei Bedarf unmittelbar abrufbar.
Auf eine Wiederholung der unterschiedlichen Varianten der Ansteuerung des Bypassventils zur Durchflusskontrolle durch den Motor unter bewusster Minimierung der Durchflüsse auf der Motor- und Fahrzeugkühlerseite kann an dieser Stelle verzichtet werden. Diese Methoden und deren physikalische Wechselwirkungen sind in der Basisanmeldung ausführlich beschrieben und auch hier anwendbar.
Das gleiche gilt für die Spezialkomponenten zur praktischen Umsetzung des erfindungsgemäßen Vorgehens gemäß 4, 5, 6, 7 und 9. Ausgehend von den entsprechenden Zeichnungen der Ausgangsanmeldung – die Nummerierung der jeweiligen Fig. ist identisch – musste lediglich der Umverlegung des Heizungsanschlusses 72 an eine Position stromab des Bypassventiltellers Rechnung getragen werden. Daran gekoppelt ist natürlich auch gegebenenfalls eine entsprechende Verlegung der el. Zusatzpumpe 2 und deren Durchflussregelorgane 69–73.
Die den Patentansprüchen in der Ursprungsanmeldung entsprechenden Patentansprüche der Fortsetzungsanmeldung enthalten Veränderungen, die die neue Position des Heizungsanschlusses stromab des Bypassventils berücksichtigen. Auf eine detaillierte Wiederholung der entsprechenden Ausführungen der Ausgangspatentanmeldung kann vor diesem Hintergrund verzichtet werden.
Im Vergleich zur Ausgangsanmeldung führt die Positionierung des Heizungsventils stromab des Bypassventils auf etwas erhöhte Anforderungen für die Regelgüte des Bypassventils und auch auf einen erhöhten Aufwand bei der fahrzeugspezifischen Abstimmung. Um hier den Aufwand zu reduzieren und dennoch die Vorteile im gesetzlichen Abgastest weitgehend zu realisieren ist es besonders vorteilhaft, wenn das Bypassventil 6bv nur in Betriebssituationen mit ausgeschalteter Kabinenheizung oder bei geringem Heizbedarf eine Regelung auf den kraftstoffverbrauchsoptimalen Kühlmitteldurchsatz vornimmt und ansonsten im Normalbetrieb mit Heizung permanent geöffnet ist. Ebenso lässt sich der Applikationsaufwand minimieren, wenn das Bypassventil 6bv bevorzugt in Betriebssituationen mit annähernd konstanter Motordrehzahl, insbesondere im Motorleerlauf, für definierte Zeitintervalle geöffnet und dann wieder geschlossen wird. Da Leerlaufphasen in der Praxis ebenso wie im gesetzlichen Abgastest sehr häufig auftreten bieten sich gerade diese Phasen besonders für diese Vorgehensweise an. Zur Erkennung einer geeigneten Phase mit weitgehend konstanter Motordrehzahl ist es insbesondere vorteilhaft, wenn das Zeitintervall der Öffnung des Bypassventils 6bv eingeleitet wird, sobald ein erstes Zeitintervall annähernd konstanter Drehzahl abgelaufen ist. Damit lassen sich sowohl Leerlaufphasen als auch Phasen konstanter Fahrgeschwindigkeit im gesetzlichen EU-Abgastest sehr gut identifizieren und der momentanen thermischen Situation des Motorkühlsystems und dem momentanen Fördevermögen der Kühlmittelpumpe 7 entsprechende Öffnungsdauern einstellen.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs für Kraftfahrzeuge mit einer durch Kühlmittel gekühlten Brennkraftmaschine, mit einem autarken Thermostatventil 6, welches zur Kontrolle der Kühlmitteltemperatur den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine 1 und den Fahrzeugkühler 8 regelt und einem von der elektronischen Motorsteuerung 20 beeinflussbaren Bypasszweig 6b mit Zusatzventil 6bv, welcher den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von deren Kühlbedarf zusätzlich variiert, insbesondere Verfahren zum Betrieb von Brennkraftmaschinen mit einem konvenzionellen Dehnstoff-Thermostaten, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die den Kühlmitteldurchsatz durch den Heizungswärmetauscherkreislauf 4a, den Entlüftungskreislauf 9a und/oder sonstige auch bei geschlossenem Thermostaten 6 durchströmte Kühlmittelzweige so stark begrenzen, dass in einer ersten Betriebsart mit einem hohen Kühlmitteldurchsatz durch den Bypasszweig 6b die nominale Thermostatöffnungstemperatur durch die Motorsteuerung einstellbar wird und dass in einer zweiten Betriebsart mit einem reduzierten Kühlmitteldurchsatz durch den Bypasszweig 6b eine aus der Vermischung der einzelnen Teilströme und deren Wärmesenken mit dem geringen Kühlmittelstrom des Bypasszweigs 6b resultierende effektive Thermostatöffnungstemperatur deutlich oberhalb der nominalen Thermostatöffnungstemperatur durch die Motorsteuerung einstellbar wird und insbesondere, dass in der zweiten Betriebsart zur Minimierung des Kraftstoffverbrauchs in der Teillast die Kühlmittelaustrittstemperaturen aus dem Motor um mehr als 15 K über die nominale Thermostatöffnungstemperatur angehoben werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel für den Heizungskreislauf stromab des Bypassventils 6bv entnommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypassventil 6bv selbst als Mittel zur bedarfsweisen Reduktion des Kühlmitteldurchflusses durch den Motorbypasszweig und den Heizkreislauf dient.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ölkühler und/oder andere Komponenten des inneren Kühlkreislaufs stromab des Bypassventils angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Wärmesenken des inneren Kühlkreislaufs, insbesondere des Heizungswärmetauschers 4 und/oder eines Ölkühlers 40 die Zeitspanne bis zum ersten Öffnen des Thermostaten 6 möglichst lange hinausgezögert oder dessen Öffnen völlig vermieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom im Bypasszweig 6b so eingestellt wird, dass bei weitgehend betriebswarmem Motor aber teilgeöffnetem oder geschlossenem Thermostaten 6 die Kühlmitteltemperatur am Motoreintritt möglichst nahe der Thermostat-Nenntemperatur liegt und sich in Verbindung mit dem geringen Gesamtkühlmittelmassenstrom durch den Motor eine Maximierung der Bauteiltemperatur ergibt, so dass insbesondere gleich große oder höhere Bauteiltemperaturen realisiert werden als mit einem el. Thermostaten mit frei einstellbarer Öffnungstemperatur aber ohne Mittel zur Begrenzung des Gesamtkühlmassenstroms durch den Motor.
Vorrichtung zum Kühlen und Heizen von Kraftfahrzeugen mit einer durch Kühlmittel gekühlten Brennkraftmaschine, insbesondere Vorrichtung zur Durchführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, mit einem autarken Thermostatventil 6, welches zur Kontrolle der Kühlmitteltemperatur den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine 1 und den Fahrzeugkühler 8 regelt und einem von der elektronischen Motorsteuerung 20 beeinflussbaren Bypasszweig 6b mit Zusatzventil 6bv, welcher den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von deren Kühlbedarf zusätzlich variiert, insbesondere Vorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem konvenzionellen Dehnstoff-Thermostaten, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die den Kühlmitteldurchsatz durch den Heizungswärmetauscherkreislauf 4a, den Entlüftungskreislauf 9a und/oder sonstige auch bei geschlossenem Thermostaten 6 durchströmte Kühlmittelzweige so stark begrenzen, dass in einer ersten Betriebsart mit einem hohen Kühlmitteldurchsatz durch den Bypasszweig 6b die nominale Thermostatöffnungstemperatur durch die Motorsteuerung einstellbar wird und dass in einer zweiten Betriebsart mit einem reduzierten Kühlmitteldurchsatz durch den Bypasszweig 6b eine aus der Vermischung der einzelnen Teilströme und deren Wärmesenken mit dem geringen Kühlmittelstrom des Bypasszweigs 6b resultierende effektive Thermostatöffnungstemperatur deutlich oberhalb der nominalen Thermostatöffnungstemperatur durch die Motorsteuerung einstellbar wird und insbesondere, dass in der zweiten Betriebsart zur Minimierung des Kraftstoffverbrauchs in der Teillast die Kühlmittelaustrittstemperaturen aus dem Motor um mehr als 15 K über die nominale Thermostatöffnungstemperatur angehoben werden.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle eines konvenzionellen Bypass-Thermostaten 6 mit Dehnstoffelement als autarkem Aktuator ein Einfach-Thermostat ohne integrierten Bypass zum Einsatz kommt und sich der Kühlmittelstrom des Bypasszweigs 6b stromauf des Thermostaten 6 mit den übrigen durchströmten Zweigen des inneren Kühlkreislaufs einschließlich des Heizungszweiges 4a vermischt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein konvenzioneller Bypass-Thermostat 6 mit Dehnstoffelement als autarkem Aktuator zum Einsatz kommt und der Bypasszweig 6b in die Bypassöffnung des Bypass-Thermostaten 6 strömt und sich erst innerhalb des Bypass-Thermostaten 6 mit den übrigen durchströmten Zweigen des inneren Kühlkreislaufs einschließlich des Heizungszweiges 4a vermischt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7–9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelstrom des Bypasszweigs 6b mittels Strömungsleitvorrichtungen innerhalb des Thermostaten so geführt wird, dass in der ersten Betriebsart mit hohem Kühlmitteldurchsatz im Bypasszweig 6b primär der Bypassvolumenstrom 6b das Dehnstoffelement umströmt und sich die Motoraustrittstemperatur der Thermostat-Nenntemperatur annähert und dass in der zweiten Betriebsart mit reduziertem Bypassvolumenstrom 6b mittels der Wärmesenken am Heizungswärmetauscher, Ölkühler sowie bei teilgeöffnetem Thermostaten auch mittels des Kühlers 8 sichergestellt wird, dass der Thermostat nicht oder nur wenig öffnet, so dass die Motoraustrittstemperatur um mindestens 15 K oberhalb der Thermostatöffnungstemperatur liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7–10, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel, die den Kühlmitteldurchsatz durch den Heizungswärmetauscherkreislauf 4a, den Entlüftungskreislauf 9a und/oder sonstige auch bei geschlossenem Thermostaten 6 durchströmte Kühlmittelzweige begrenzen, zusätzliche el. Ventile und/oder Thermostatventile zum Einsatz kommen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7–10, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel die den Kühlmitteldurchsatz durch den Heizungswärmetauscherkreislauf 4a, den Entlüftungskreislauf 9a und/oder sonstige auch bei geschlossenem Thermostaten 6 durchströmte Kühlmittelzweige begrenzen, Durchflussbegrenzer, Drosselblenden und/oder minimierte Kühlmittelleitungsquerschnitte zum Einsatz kommen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7–10, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel, die den Kühlmitteldurchsatz durch den Heizungswärmetauscherkreislauf 4a begrenzen, Heizungswärmetauscher mit hohem Wirkungsgrad bei geringem Kühlmittelmassenstrom, insbesondere Gegenstromwärmetauscher, zum Einsatz kommen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7–13, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Begrenzung des Kühlmitteldurchsatzes aus dem Zusammenspiel zwischen Einstellung des Bypassventils 6bv, der Druckverlustcharakteristik des Heizungswärmetauschers, den Leitungsquerschnitten und gegebenenfalls der el. Stellvorrichtungen und/oder Zusatzpumpen ergibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7–14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlwasser für den Bypasszweig 6b mit einem el. Bypassventil 6bv entnommen wird, bei dem ein zusätzlicher autarker Temperaturbegrenzungsaktuator 6bs, insbesondere ein Dehnstoffaktuator, mit einer Öffnungstemperatur oberhalb der Öffnungstemperatur des Kühlerthermostaten 6 den el. Aktuator 6bf automatisch übersteuert und den Bypasskreislauf öffnet, sobald die Kühlmitteltemperatur einen bestimmten Grenzwert überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das el. Bypassventil mit zusätzlichem autarkem Dehnstoff-Aktuator hinter einem EGR-Kühler zwischen Motoraustritt und Kabinenwärmetauschereintritt angeordnet ist und diesen thermisch absichert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7–16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelleitung hinter dem Bypassventil 6bv in einen normalen Leitungsquerschnitt für den Bypasszweig, der annähernd so groß ist wie der Zulaufquerschnitt zum Bypassventil, und einen sehr geringen Leitungsquerschnitt für die Heizung, insbesondere mit einem Leitungsquerschnitt kleiner als 6 mm Innendurchmesser, verzweigt.
Elektrisch angesteuertes Bypassventil zur Variation des Kühlmittelmassenstroms durch den Motorkühl- und Heizkreislauf von Fahrzeugen mit Brennkraftmaschinen, insbesondere Bypassventil zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–6 unter Nutzung von Vorrichtungsmerkmalen nach einem der Ansprüche 7–17, dadurch gekennzeichnet, dass es zwischen dem Kühlmittelaustritt aus der Brennkraftmaschine und dem Heizungswärmetauscher angeordnet ist und hinter dem Ventilsitz 65 für den Bypasszweig 6b innerhalb des Ventilgehäuses 60 eine Strömungsabzweigung für den Heizkreislauf aufweist, die in einen Leitungsanschluss 72 für den Heizkreislauf 4a mündet.
Elektrisch angesteuertes Bypassventil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsanschluss 72 für den Heizkreislauf 4a einen Strömungsquerschnitt von weniger als 1/10 des Strömungsquerschnitts im Kühlmittelzulauf 67 zum Bypassventil und im Abfluss zum Bypasszweig 68 aufweist und insbesondere für einen Schlauchinnendurchmesser des Heizkreislaufs von weniger als 6 mm vorgesehen ist.
Elektrisch angesteuertes Bypassventil nach einem der Ansprüche 18–19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dehnstoffelement 6bs bei Überschreiten einer maximal zugelassenen Kühlmitteltemperaturerhöhung über die Nenntemperatur des Kühlerthermostaten 6 hinaus, die elektrische Ansteuerung autark übersteuert und den Strömungspfad 67, 68 für den Bypasszweig öffnet.
Elektrisch angesteuertes Bypassventil nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypassventil bei einer noch höheren Kühlmitteltemperatur den Strömungspfad 67, 68 für den Bypasszweig wieder teilweise, aber nicht vollständig, verschließt.
Elektrisch angesteuertes Bypassventil nach einem der Ansprüche 18–21, dadurch gekennzeichnet, dass eine el. angetriebene Kühlmittelpumpe 2 so in einem gemeinsamen Gehäuse mit dem Bypassventil 6bv untergebracht ist, dass sie beim Einschalten den Kühlmitteldurchfluss durch den Heizkreislauf erhöht.
Elektrisch angesteuertes Bypassventil nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die el. Kühlmittelpumpe 2 durch den Druckaufbau bei Pumpenbetrieb ein ebenfalls im gemeinsamen Gehäuse angeordnetes Ventil 70 für den Strömungspfad 67, 72 des Heizungszweigs öffnet, welches bei ausgeschalteter Pumpe geschlossen ist.
Elektrisch angesteuertes Bypassventil nach einem der Ansprüche 22–23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drosselstelle 71 dafür sorgt, dass ein so hoher Druckverlust entsteht, dass der Kühlmitteldurchsatz im Heizkreislauf primär durch die Leistung der el. Pumpe bestimmt wird und nur wenig durch die motorseitige Kühlmittelpumpenleistung und die momentane Position des Bypassventils.
Elektrisch angesteuertes Bypassventil nach einem der Ansprüche 22–24, dadurch gekennzeichnet, dass als Drosselstelle 71 ein Durchflussbegrenzungsventil zum Einsatz kommt.
Elektrisch angesteuertes Bypassventil nach einem der Ansprüche 22–24, dadurch gekennzeichnet, dass als Drosselstelle 71 ein mit einer Feder 69 belastetes Ventil zum Einsatz kommt.
Elektrisch angesteuertes Bypassventil nach einem der Ansprüche 22–26, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Motor- oder Klimasteuerung angesteuerte Leistungsregelung der el. Pumpe 2 definierte Kühlmittelströme im Heizkreislauf 4a einstellt.
Elektrisch angesteuertes Bypassventil nach einem der Ansprüche 18–27, dadurch gekennzeichnet, dass die el. Leistung der Pumpe 2 im Heizbetrieb weniger als 20 W beträgt.
Heiz- und Kühlvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit el. ansteuerbarem Bypassventil 6bv zur Variation des Kühlmittelmassenstroms durch den Motorkühl- und Heizkreislauf von Fahrzeugen mit Brennkraftmaschinen, insbesondere Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–6 unter Nutzung von Vorrichtungsmerkmalen nach einem der Ansprüche 7–28, dadurch gekennzeichnet, dass eine el. Kühlmittelpumpe so in einem gemeinsamen Gehäuse mit dem Bypassventil 6bv untergebracht und in den Heiz- und Kühlkreislauf eingebunden ist, dass sie den Kühlmitteldurchsatz durch den Heizungswärmetauscher weitgehend unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 und weitgehend unabhängig von weiteren Stellgliedern zur Variation des Kühlmitteldurchsatzes durch die Brennkraftmaschine und den Fahrzeugkühler 8 bestimmt.
Heiz- und Kühlvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit über einen thermostatischen Aktuator, insbesondere einen Dehnstoffaktuator, angesteuerten Bypassventil 6bv zur Variation des Kühlmittelmassenstroms durch den Motorkühl- und Heizkreislauf und zur autarken Begrenzung der Kühlmitteltemperatur im Bereich zwischen Motoraustritt und Heizungswärmetauschereintritt von Fahrzeugen mit Brennkraftmaschinen, insbesondere Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–6 unter Nutzung von Vorrichtungsmerkmalen nach einem der Ansprüche 7–28, dadurch gekennzeichnet, dass eine el. Kühlmittelpumpe so in einem gemeinsamen Gehäuse mit dem Bypassventil 6bv untergebracht und in den Heiz- und Kühlkreislauf eingebunden ist, dass sie den Kühlmitteldurchsatz durch den Heizungswärmetauscher weitgehend unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 und weitgehend unabhängig von weiteren Stellgliedern zur Variation des Kühlmitteldurchsatzes durch die Brennkraftmaschine und den Fahrzeugkühler 8 bestimmt.
Bypassventil 6bv zur Variation des Kühlmittelmassenstroms durch den Motorkühl- und Heizkreislauf von Fahrzeugen mit Brennkraftmaschinen, insbesondere Bypassventil zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–6 unter Nutzung von Vorrichtungsmerkmalen nach einem der Ansprüche 7–27, dadurch gekennzeichnet, dass es einen weiteren Anschluss 80 mit ähnlichem Strömungsquerschnitt wie der Anschluss 72 aufweist, der den vom Kabinenwärmetauscher 4 zum Motor zurückgeführten Kühlmittelstrom stromab des Bypassventilsitzes 65 in das Gehäuse des Bypassventils fördert.
Verfahren zur thermischen Absicherung von Kraftfahrzeugen mit einer durch Kühlmittel gekühlten Brennkraftmaschine, mit einem autarken Thermostatventil 6, insbesondere einem Dehnstoffthermostaten, welches zur Kontrolle der Kühlmitteltemperatur den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine 1 und den Fahrzeugkühler 8 regelt und mit von der elektronischen Motorsteuerung 20 beeinflussbaren Mitteln zur Variation des Gesamtkühlmitteldurchflusses durch die Brennkraftmaschine, insbesondere Verfahren für Systeme mit Nutzung von Verfahrens- und Vorrichtungsmerkmalen gemäß einem der Ansprüche 1–31, dadurch gekennzeichnet, dass bei überhöhter Kühlmittel- und/oder Bauteiltemperatur der Kühl mittelmassenstrom im Heizungszweig 4a mindestens so weit erhöht und/oder die Entnahme von Kabinenheizleistung so weit reduziert wird, dass das autarke Thermostatventil 6 sich öffnet.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung 20 zur thermischen Absicherung bei Überhitzungsgefahr die Klimaanlagensteuerung übersteuert, insbesondere dass sie die Antriebsleistung einer el. Pumpe 2 erhöht und/oder ein Durchflussregelventil 15 öffnet und/oder ein luftseitiges Bypassen des Kabinenwärmetauschers 4 mit der Lufttemperaturregelung 5 des Heizgeräts bewirkt.
Vorrichtung zum Kühlen und Beheizen von Kraftfahrzeugen mit einer durch Kühlmittel gekühlten Brennkraftmaschine, mit einem autarken Thermostatventil 6, insbesondere einem Dehnstoffthermostaten, welches zur Kontrolle der Kühlmitteltemperatur den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine 1 und den Fahrzeugkühler 8 regelt und mit von der elektronischen Motorsteuerung 20 beeinflussbaren Mitteln zur Variation des Gesamtkühlmitteldurchflusses durch die Brennkraftmaschine, insbesondere Vorrichtung für Systeme mit Nutzung von Verfahrens- und Vorrichtungsmerkmalen gemäß einem der Ansprüche 1–33, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel im Heizkreislauf, insbesondere Schaltventile, el. Pumpen oder Thermostatventile, vorgesehen sind, die bei überhöhter Kühlmittel- und/oder Bauteiltemperatur den Kühlmittelmassenstrom im Heizungszweig mindestens so weit erhöhen und/oder die Entnahme von Kabinenheizleistung so weit reduzieren, dass das autarke Thermostatventil 6 sich öffnet.
Vorrichtung zum Kühlen und Beheizen von Kraftfahrzeugen, insbesondere Vorrichtung für Systeme mit Nutzung von Verfahrens- und Vorrichtungsmerkmalen nach einem der Ansprüche 1–34, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypassventil 6bv nur in Betriebssituationen mit ausgeschalteter Kabinenheizung oder bei geringem Heizbedarf eine Regelung auf den kraftstoffverbrauchsoptimalen Kühlmitteldurchsatz vornimmt und ansonsten im Normalbetrieb mit Heizung permanent geöffnet ist.
Vorrichtung zum Kühlen und Beheizen von Kraftfahrzeugen, insbesondere Vorrichtung für Systeme mit Nutzung von Verfahrens- und Vorrichtungsmerkmalen nach einem der Ansprüche 1–35, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypassventil 6bv bevorzugt in Betriebssituationen mit annähernd konstanter Motordrehzahl, insbesondere im Motorleerlauf, für definierte Zeitintervalle geöffnet und dann wieder geschlossen wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitintervall der Öffnung eingeleitet wird, sobald ein erstes Zeitintervall annähernd konstanter Drehzahl abgelaufen ist.