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Hintergrund
der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Kühlungssteuerungssystem
und auf ein Kühlungssteuerungsverfahren
zur Kühlung
eines Verbrennungsmotors zum Beispiel in einem Fahrzeug.
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Konventionell wird in einem Fahrzeugmotor ein
Kühlkreislauf,
in dem ein Kühler
eingesetzt wird, zum Entfernen übermäßiger Wärme vom
Motor, zum Halten einer konstanten Betriebstemperatur, zur schnellen
Temperaturerhöhung
in einem kalten Motor und zum Heizen des Fahrgastinnenraums verwendet.
Der Kühlkreislauf
enthält
ein Kühlmittel,
das typischerweise ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel
(wie z. B. Ethylenglykol) ist.
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Der Kühlkreislauf enthält eine
Wasserpumpe (d. h. eine Kühlmittelpumpe),
die durch die Kurbelwelle des Motors gewöhnlich über ein die Kurbelwelle und
die Pumpe verbindendes Riemengetriebe oder Zahnradgetriebe angetrieben
wird, so dass sich ihre Drehzahl mit der Motordrehzahl ändert. Die
Wasserpumpe ist typischerweise eine Impeller- oder Kreiselpumpe,
die das Kühlmittel
durch den Verbrennungsmotor, die Schlauchleitungen, den Kühler und
andere Systeinkomponenten fördert.
Außerdem
pumpt sie das Kühlmittel
durch einen Heizerkern, wenn das Heizen des Fahrgastinnenraums erwünscht ist. Wenn
der Motor kalt angelassen wird, liegt die Kühlmitteltemperatur unterhalb
der für
den Motorbetrieb optimalen Temperatur, und das Kühlmittel enthält nicht
genügend
Wärme zur Übertragung
an den Fahrgastinnenraum. Zum schnelleren Aufwärmen eines solchen Motorsystems
wird ein Thermostat zum Begrenzen des Kühlmittelstroms zum Kühler verwendet,
bis sich die Temperatur des Kühlmittels
in einem gewünschten
Temperaturbereich befindet. Ist die Temperatur erreicht, wird das
Kühlmittel
durch den Kühler
gelenkt, damit die Temperatur im gewünschten Bereich bleibt, und
kann zwecks Heizens des Fahrgastinnenraums durch den Heizerkern
gelenkt werden.
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Ein Nachteil der konventionellen
Wasserpumpensysteme besteht darin, dass der Volumenstrom des Kühlmittels
durch die Verbrennungsmotordrehzahl und nicht den Kühlungsbedarf
des Kühlsystems
gesteuert wird. Deshalb ergibt sich bei Verwendung einer mechanischen
Wasserpumpe allein keine Möglichkeit,
das Verbrennungsmotortemperaturmanagement zu optimieren. Wenn zum
Beispiel ein Kraftfahrzeug von der Autobahn in den Stadtverkehr wechselt,
können
die Motordrehzahl und das Kühlvermögen des
Kühlers
nicht genügen,
den Motorblock ausreichend zu kühlen.
Das könnte
zu Schäden
an wichtigen Motorkomponenten führen.
Dieser konventionelle Typ des Kühlsystems
ist zwar unkompliziert und leicht zu implementieren, für die Bereitstellung
der optimalen Kühlung
des bestimmten Motors und der Motorbetriebsbeduingungen jedoch nicht
zweckmäßig, insbesondere
weil die Drehzahl der Wasserpumpe nur eine Funktion der Motordrehzahl
ist und von keinen anderen Faktoren abhängt, die zur Aufrechterhaltung
der gewünschten
Kühlmitteltemperatur
von Bedeutung sind.
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Zur Verbesserung des Wirkungsgrads
des Wärmeübergangs
des Kühlers
verwenden diese konventionellen Systeme einen neben dem Kühler montierten
Verbrenunungsmotorventilator, um zwecks besserer Kühlung des
Kühlmittels
Luft durch den Kühler
zu saugen. Der Kühlerventilator
wird typischerweise über
die die Wasserpumpe antreibende Riemenscheibe oder einen Elektromotor
angetrieben. Der über
die Riemenscheibe angetriebene Ventilator ist von denselben Nachteilen
betroffen wie die über
die Riemenscheibe angetriebene Wasserpumpe, während der elektromotorisch
angetriebene Ventilator trotz seines flexibleren Betriebs die Elektroenergielast
des Fahrzeugs erhöht.
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Kürzlich
sind verbesserte Verbrennungsmotorkühlsysteme entwickelt worden,
die die Kühlung des
Motors präziser
steuern. Ein verbessertes System kann zum Beispiel ein System und
Verfahren sein, das in dem auf den Assignee dieser Anmeldung ausgestellten
US-Patent 6,374,780
beschrieben und hierin durch Bezug darauf enthalten ist. Dieses
neuere System zieht zusätzliche
Faktoren in Betracht, die sowohl das, was als die gewünschte Kühlmitteltemperatur
anzusehen ist, als auch, wie sie erreicht wird, beeinflussen. Ein
solches System könnte
einen Kühler
enthalten, der den vom Motor kommenden Kühlmittelstrom empfängt, das
Kühlmittel
kühlt und zurück an den
Motor leitet; einen Bypasskreislauf, der den vom Motor kommenden
Kühlmittelstrom
unter Umgehung des Kühlers
aufnimmt, wenn die Kühlmitteltemperatur
unterhalb der gewünschten
Temperatur liegt; einen Ventilator, der durch einen Elektromotor
angetrieben wird, so dass seine Drehzahl für einen bestimmten Motor und
bestimmte Fahrzeugbedingungen (unabhängig von der Motordrehzahl)
auf ein Optimum geregelt werden kann; ein elektronisch gesteuertes
Volumenstromregelventil (oder -ventile) zum Regeln des Anteils des
den Kühler
umgehenden Kühlmittels;
und eine Wasserpumpe, die entweder konventionell über die
Kurbelwelle oder einen Elektromotor angetrieben wird, wobei die
Fördermenge der
elektromotorisch angetriebenen Wasserpumpe zur Bereitstellung des
gewünschten
Kühlmittelstroms für den bestimmten
Verbrennungsmotor und die bestimmten Fahrzeugbetriebsbedingungen
präzise
geregelt werden kann, Deshalb können
durch Steuerung des Kühlmitteldurchflusses,
des Luftdurchsatzes und des Kühlmittelstromwegs
mithilfe einer Gesamtsteuerungsstrategie das Motorkühlsystem
präzise
gesteuert und die Leistung der Heizung, Ventilation und Klimatisierung
(HVAC) optimiert werden.
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Jedoch haben diese verbesserten Verbrennungsmotorkühlsysteme
insofern einen Nachteil, als sie einen wesentlich höheren Elektroenergieverbrauch
als die konventionellen Systeme haben. Das elektrisch gesteuerte
Ventil, der elektrische gesteuerte Ventilator und, wenn eingesetzt,
die elektrisch gesteuerte Wasserpumpe verbrauchen zusätzliche Elektroenergie.
Außerdem
sind typischerweise viele zusätzliche
Elektronikkomponenten in einem modernen Fahrzeug zu finden, die
den Grenzwert für
den seitens des Fahrzeugladeusystems zur Verfügung stehenden Strom herabsetzen.
Das ist besonders bei Fahrzeugladesystemen ein Problem, die anstelle
eines Hochspannungssystems, wie z. B. 42 V, ein konventionelles
12 V-System verwenden.
Besonders Lieferwagen, Sportfahrzeuge und andere größere Fahrzeuge
in der leichten Fahrzeugklasse, die mit 12 V betrieben werden, benötigen für den Ventilator
und die Wasserpumpe mehr Elektroenergie als typische Personenwagen,
so dass die Stromaufnahme sogar noch größer ist.
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Deshalb ist es wünschenswert, über ein
Verbrennungsmotorkühlsystem
zu verfügen,
mit dem die Nachteile der konventionellen Systeme überwunden und
gleichzeitig die zum Betreiben dieses Systems benötigte zusätzliche
Elektroenergie minimiert wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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In ihren Ausgestaltungen betrifft
die Erfindung ein Kühlsystem
zur Regelung der Temperatur eines Verbrennungsmotors, wobei der
Motor ein sich drehendes Teil besitzt. Das Kühlsystem enthält einen Kühler und
einen Hilfsantrieb, der so ausgelegt ist, dass er mithilfe des sich
drehenden Teils angetrieben wird. Das System enthält außerdem eine
Pumpenkupplung mit einem am Hilfsantrieb betriebsfähig gekoppelten
Antriebsglied und einem selektiv am Antriebsglied einkuppelbaren
Abtriebsglied, wobei die Pumpenkupplung zur Wahl des Einkupplungsgrads zwischen
dem Antriebsglied und dem Abtriebsglied elektronisch gesteuert wird.
Eine Wasserpumpe ist zum Fördern
von Wasser durch den Verbrennungsmotor ausgelegt und ist für ihren
Antrieb betriebsfähig
an das Abtriebsglied gekuppelt. Außerdem kuppelt eine Steuerung
betriebsfähig
die Pumpenkupplung, wodurch der Einkupplungsgrad zwischen dem Antriebsglied
und dem Abtriebsglied entsprechend den festgelegten Betriebsbedingungen
reguliert wird.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein
Verfahren zur Kühlung
des Motors mit einem sich drehenden Teil und einem Kühler in
einem Fahrzeug, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Antreiben
eines Hilfsantriebs mithilfe des sich drehenden Teils; Antreiben
einer Wasserpumpenkupplungsantriebswelle mithilfe des Hilfsantriebs; Überwachen
der festgelegten Motor- und Fahrzeugbetriebsbedingungen; selektives Ändern des
Einkupplungsgrads einer Wasserpumpenkupplungsabtriebswelle mit der
Wasserpumpenkupplungsantriebswelle auf der Grundlage der Motor-
und Fahrzeugbetriebsbedingungen; und Antreiben eines Wasserpumpenmechanismus
mithilfe der Wasserpumpenkupplungsabtriebswelle.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung
stellt ein System bereit, das den Volumenstrom durch das Motorkühlsystem über eine
flüssigkeitsgekuppelte
Wasserpumpe, die vom Verbrennungsmotor angetrieben wird, automatisch
regelt. Der Flüssigkeitsstromweg kann über ein
elektronisch gesteuertes Stromsteuerventil geregelt werden, und
außerdem
kann über
einen elektronisch gesteuerten Verbrennungsmotorventilator ein Temperaturmanagement
erreicht werden.
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Ein Vorteil der Erfindung besteht
darin, dass eine flüssigkeitsgekuppelte
Wasserpumpe die Elektroenergieaufnahme einer elektromotorisch angetriebenen
Pumpe verringert, wodurch die Möglichkeit besteht,
ein verbessertes Motorkühlsystem
ohne Notwendigkeit stark erhöhter
Fahrzeugladesystemkapazität
einzusetzen.
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Ein anderer Vorteil der Erfindung
besteht darin, dass die Wasserpumpendrehzahl unabhängig von
dir Verbrennungsmotordrehzahl (unterhalb der Riemenscheibendrehzahl)
gesteuert werden kann.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung
besteht darin, dass die Pumpenkupplung so konfiguriert ist, dass
sich die Kupplung in vollem Eingriff befindet, wenn die Energieversorgung
zur Kupplung abgeschaltet ist. Durch diese Eigensicherung wird sichergestellt,
dass bei Energieausfall an der Kupplung kein Motorschaden durch Überhitzung
auftritt.
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Ein wiederum weiterer Vorteil der
Erfindung besteht darin, dass der Gesamtwirkungsgrad der gekuppelten,
durch den Verbrennungsmotor angetriebenen Wasserpumpe wegen der
höheren
Verluste bei der Umwandlung mechanischer in elektrische Energie
durch die Fahrzeuglichtmaschine und bei der Umwandlung elektrischer
in mechanische Energie durch den Elektromotor der Wasserpumpe höher ist als
der einer elektromotorisch angetriebenen Pumpe.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor-
und Kühlsystems.
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2 ist
eine der 1 ähnliche
Darstellung, die jedoch eine alternative Ausgestaltung der Erfindung
zeigt.
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3 ist
eine exemplarische Kurvendarstellung der Wasserpumpendrehzahl über der
Verbrennungsmotordrehzahl in Abhängigkeit
vom Eingriffsgrad der Kupplung.
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Ausführliche Beschreibung
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1 stellt
einen Verbrennungsmotor 10 dar, der zum Beispiel in einem
Fahrzeug eingesetzt werden kann. Der Motor enthält eine Kurbelwelle 12, die
Energie nicht nur für
die Fortbewegung des Fahrzeugs liefert, sondern auch mit einer Kurbelwellenriemenscheibe 14 eines
Fronthilfsantriebs 16 verbunden ist. Die Kurbelwellenriemenscheibe 14 ist
mit einem Treibriemen 18 verbunden. Der Treibriemen 18 ist
außerdem
mit einer Abtriebsscheibe 20 des Fronthilfsantriebs 16 verbunden.
Obwohl ein Riementrieb dargestellt ist, kann zur Drehmomentübertragung auch
eine andere Einrichtung, wie z. B. ein Getriebe, eingesetzt werden.
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Die Abtriebsscheibe 20 ist
auf einer Antriebswelle 22 montiert. Die Antriebswelle 22 ist
an einem Ende mit einem Eingang einer elektronisch steuerbaren Flüssigkeitskupplung 24 für einen
Ventilator und an ihrem anderen Ende mit einer elektronisch steuerbaren
Flüssigkeitskupplung 26 für eine Pumpe
verbunden. Obwohl die Kupplungen vorzugsweise Flüssigkeitskupplungen (Kupplungen,
die ein Drehmoment durch Scherung eines Fluids übertragen) sind, können auch
andere Typen elektronisch steuerbarer Kupplungen eingesetzt werden,
die zwischen dem eingekuppelten und dem ausgekuppelten Zustand im Allgemeinen
stetig variabel sind. Ein Ausgang der Ventilatorkupplung 24 ist
mit einem Satz Ventilatorflügel 28 verbunden
und treibt diesen an. Ein Ausgang der Pumpenkupplung 26 ist
mit einer Wasserpumpenwelle 30 einer Wasserpumpe 32 verbunden
und treibt die Wasserpumpenwelle an, wobei die Welle 30 mit
einem Wasserpumpenimpeller 34 verbunden ist.
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Die Pumpe 32 enthält einen
Einlass 36 und einen Auslass 38. Der Auslass 38 ist
mit Strömungsdurchlässen im
Motors 10 verbunden, die wiederum an einen Kühlmitteldurchlass 40 angeschlossen
sind, der zu einem Einlass eines elektronisch gesteuerten Vierwegeventils 42 führt. Die
Kühlmitteldurchlässe sind
hier durch dicke Linien mit die Richtung des Kühlmittelstroms anzeigenden
Pfeilen dargestellt. Das Vierwegeventil besitzt vier Auslässe, mit
denen der Einlass wahlweise verbunden werden kann. Ein erster Auslass
führt durch
eine Kühlerkühlmitteleinlasspassage 44 zu
einem Kühler 46,
ein zweiter Auslass führt
durch eine Entlüftungskühlmitteleinlasspassage 48 zu
einem Entlüftungsbehälter 50,
ein drit ter Auslass führt
durch eine Heizerkühlmitteleinlasspassage 52 zu
einem Heizerkern 54 und ein vierter Auslass führt durch
eine Bypasskühlmittelpassage 56.
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Der Kühler 46 ist außerdem mit
einer Kühlerkühlmittelauslasspassage 58 verbunden,
die zum Wasserpumpeneinlass 36 führt. Der Entlüftungsbehälter 50 ist
außerdem
mit einer Entlüftungskühlmittelauslasspassage 60 verbunden,
die zur Kühlerkühlmittelauslasspassage 58 führt. Eine
Heizerkühlmittelauslasspassage 62 erstreckt
sich vom Heizerkern 54 zum Wasserpumpeneinlass 35,
wobei die Bypasskühlmittelpassage
an die Heizerkühlmittelauslasspassage 62 angeschlossen
ist.
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Ein Steuermodul 64 ist elektrisch
leitend an das Motorkühlsystem
angeschlossen, um den Motorkühlprozess
zu überwachen
und zu steuern. Das Steuermodul 64 kommuniziert über diverse
elektrische Verbindungen 66 mit verschiedenen Untersystemen
am Motor. Die elektrischen Verbindungen sind hier durch Strichlinien
dargestellt. Das Steuermodul 64 besitzt außerdem eine
elektrische Verbindung 68 zur Ventilatorkupplung 24,
eine elektrische Verbindung 70 zur Pumpenkupplung 26 und
eine elektrische Verbindung 72 zum Vierwegeventil 42.
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Das Motorkühlsystem steuert die Ventilatorflügel 28 mithilfe
des Steuermoduls 64, das die Ventilatorkupplung 24 regelt.
Die Kurbelwelle 12 überträgt ein Drehmoment
zur Kurbelwellenriemenscheibe 14, die wiederum das Drehmoment über den Treibriemen 18 auf
die Abtriebsscheibe 20 überträgt. Die
Abtriebsscheibe 20 überträgt das Drehmoment auf
die Antriebswelle 22. Die Antriebswelle 22 überträgt das Drehmoment
auf den Eingang zur Ventilatorkupplung 24. Die Ventilatorkupplung 24 enthält einen
Eingang und einen Ausgang (nicht dargestellt) mit einem dazwischen
befindlichen, viskos scherenden Fluid. Das Steuermodul 64 öffnet und
schließt ein
Ventil (nicht dargestellt) in der Kupplung 24, wobei das
Ventil den Pegel des viskos scherenden Fluids zwischen der Eingangs-
und Ausgangsscheibe der Kupplung regelt. In Abhängigkeit vom Fluidpegel kann
entweder ein sehr kleines bzw. kein Drehmoment vom Eingang zum Ausgang übertragen
werden, so dass die Ventilatorflügel 28 nicht
durch die Abtriebsscheibe 20 angetrieben werden, oder es
wird ein großes
Drehmoment übertragen,
so dass die Ventilatorflügel 28 mit
der Drehzahl der Abtriebsscheibe 20 angetrieben werden.
Vom Steuermodul 64 an die Ventilatorkupplung 24 braucht
keine hohe elektrische Leistung übertragen
zu werden, da diese Leistung nur zur Steuerung des Ventils benötigt wird – das tatsächliche
Drehmoment zum Antrieb der Ventilatorflüge128 wird durch den Motor 10 erzeugt.
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Diese Konfiguration ermöglicht eine
stetig veränderliche
Ventilatordrehzahl bei oder unterhalb der Drehzahl der Abtriebsscheibe.
Damit kann mithilfe der Steuerung der Ventilatorkupplung 24,
selbst bei Änderungen
der Motordrehzahl, die Ventilatordrehzahl auf einem gewünschten
Wert gehalten werden. Damit die gewünschte Ventilatordrehzahl bei unterschiedlichen
Motor- und Fahrzeugbetriebsbedingungen aufrechterhalten werden kann,
kann das Scheibenübersetzungsverhältnis so
eingestellt werden, dass die erforderliche Ventilatordrehzahl (und Wasserpumpendrehzahl) über dem
gesamten gewünschten
Betriebsbereich des Motors erreicht werden kann. Außerdem können die
Ventilatorflügel 28 stillgesetzt
werden, wenn eine Förderung
zusätzlicher
Luft durch den Kühler 46 nicht
erwünscht
ist. Die Steuerungsstrategie für
den Ventilator 28 ist vorzugsweise keine offene Steuerung,
wie sie typischerweise in einem elektromotorisch betriebenen Ventilator
eingesetzt wird, da es erwünscht
sein kann, den Ventilator 28 auch bei Änderungen der Motordrehzahl
mit einer bestimmten Drehzahl anzutreiben. Das Steuermodul 64 erfordert
demzufolge zusätzlich
zu den Inputs, die die gewünschte
Ventilatordrehzahl für
die Motorkühlung
bestimmen, einen Motordrehzahlinput.
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Das Motorkühlsystem steuert den Wasserpumpenimpeller 34 mithilfe
des Steuermoduls 64, das die Pumpenkupplung 26 regelt.
Die Kurbelwelle 12 überträgt ein Drehmoment
zur Kurbelwellenriemenscheibe 14, die wiederum das Drehmoment über den
Treibriemen 18 auf die Abtriebsscheibe 20 überträgt. Die
Abtriebsscheibe 20 überträgt das Drehmoment
auf die Antriebswelle 22. Die Antriebswelle 22 überträgt das Drehmoment
auf den Eingang zur Pumpenkupplung 26. Die Pumpenkupplung 26 enthält einen
Eingang und einen Ausgang mit einem sich dazwischen befindenden,
viskos scherenden Fluid. Die Drehmomentübertragung ist eine Funktion der
Fläche über der
Scherdicke. Ein- und Ausgang sind so gegeneinander vorgespannt,
dass die Scherdicke ein Minimum ist, wenn das Steuermodul 64 keine
Elektroenergie an die Pumpenkupplung 26 liefert, so dass
ein maximales Drehmoment vom Eingang an den Ausgang übertragen
wird und der Pumpenimpeller 34 grundsätzlich mit der Abtriebsscheibendrehzahl
angetrieben wird. Die völlig
eingekuppelte Kupplung wird durch den Linienabschnitt 95 (3) unterhalb einer Motordrehzahl
von etwa 2500 min–1 dargestellt. Es steht
eine zusätzliche
optionale Steuerungsstrategie zur Verfügung, die bei der Ventilatorkupplung 24 eingesetzt
werden kann. Wenn die Motordrehzahl bei oder über einem bestimmten Schwellenwert
(zum Beispiel etwa 2500 min–1) liegt, steuert das
Steuermodul 64 die Pumpenkupplung 26 so an, dass
sie teilweise auskuppelt, so dass sich der Impeller 34 nicht
oberhalb eines festgelegten Maximums dreht. Dieses festgelegte Maximum
ist eine Funktion der Sättigungsgrenze
des Kühlers 46.
Auf diese Weise wird bei hohen Motordrehzahlen die Leistung gegenüber dem
Energieverbrauch optimiert. Dies wird durch den Linienabschnitt 95 oberhalb
einer Motordrehzahl von etwa 2500 min–1 dargestellt.
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Andererseits werden Spulen erregt,
die ein internes Ventil öffnen,
wodurch eine größere Fluidmenge
zwischen Ein- und Ausgang gefördert
wird, wenn das Steuermodul 64 Energie an die Pumpenkupplung 26 liefert.
Eingang und Ausgang werden weiter auseinander gezogen, so dass die
viskose Scherung des Fluids ein kleineres Drehmoment überträgt. Je größer die
gelieferte Leistung ist, desto weiter werden Eingang und Ausgang
auseinander gezogen und desto niedriger ist das übertragene Drehmoment. Das
Steuermodul 64 ist so programmiert, dass es die Pumpenkupplung 26 entkuppelt, wenn
die Wasserpumpe 32 eine festgelegte Mindestwassermenge
durch den Motor 10 fördert,
so dass selbst bei niedriger Kühlmitteltemperatur
der Volumenstrom des Kühlmittels
dafür ausreicht,
dass sich keine schadensverursachenden Wärmestaustellen im Motor 10 bilden.
Diese Mindestdrehzahl der Wasserpumpe ist als Linie 97 in 3 dargestellt.
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Die Pumpenkupplung 26 arbeitet
im Gegensatz zur Ventilatorkupplung 24 so, dass die Pumpe 32 weiterhin
Wasser durch das System fördert,
falls das Steuermodul 64 zur Ansteuerung der Pumpenkupplung 26 ausfällt, damit
sich der Motor 10 nicht überhitzt. Noch einmal sei darauf
hingewiesen, dass die vom Steuermodul 64 übertragene
elektrische Leistung nicht hoch zu sein braucht, da diese Leistung
nur zum Auseinanderziehen von Eingang und Ausgang benötigt wird – das tatsächliche
Drehmoment zum Antrieb des Pumpenimpellers 34 wird durch
den Motor 10 erzeugt. Außerdem sei angemerkt, dass
die Ausgangsdrehzahl der Ventilatorflügel 28 und des Wasserpumpenimpellers 34 unabhängig voneinander
geregelt werden können,
obwohl beide durch dieselbe Antriebswelle 22 angetrieben werden.
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Es wird jetzt der Betrieb des Motorkühlsystems
beschrieben. Zur Verringerung der momentanen Abweichung der Temperatur
von der momentan gewünschten
Betriebstemperatur überwacht
und regelt das Steuermodul 64 die Motortemperatur mithilfe mehrerer
Inputs von einem Motorsteuerungssystem und weiterer Sensoren. Die
Faktoren zur Bestimmung der gegenwärtigen gewünschten Motortemperatur können Motorbelastung,
Umgebungsbedingungen, Heizbedarf im Fahrgastinnenraum und die anderen
Fahrzeugbetriebsbedingungen sein, wie z. B. Klimaanlagendruck, Umgebungslufttemperatur, Fahrzeuggeschwindigkeit,
Heizerbedarf im Fahrgastinnenraum, Drosselklappenstellung, Motordrehzahl und
Zündschlüsselstellung.
Die zu regelnde Motortemperatur kann die Kühlmitteltemperatur oder die Zylinderkopftemperatur
sein, wie es für
das jeweilige Motorkühlsystem
erforderlich ist.
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Vorzugsweise verwendet das Steuermodul 64 beim
Erreichen und Aufrechterhalten der gegenwärtig gewünschten Betriebstemperatur
eine Hierarchie zur Verringerung des Gesamtenergieverbrauchs des
Kühlsystems.
Wenn zum Beispiel die Motortemperatur zu hoch ist, regelt das Steuermodul 64 als erstes
das Stromsteuerventil 42 zur Versorgung des Kühlers
46 mit
einem höheren
Volumenstrom. Danach steigert es erforderlichenfalls die Drehzahl
der Wasserpumpe 32 durch Verringerung der an die Pumpenkupplung 26 gelieferten
Leistung. Schließlich
erhöht
das Steuermodul 64 bei weiter erhöhtem Kühlbedarf die Drehzahl des Ventilators 28 durch Steigerung
der an die Ventilatorkupplung 24 gelieferten Leistung.
Im Allgemeinen wird der Ventilator 28 nur eingesetzt, wenn
sich die Kühlkapazität der Wasserpumpe
an ihrem Maximum befindet, weil der Ventilator 28 bei der
Wärmeableitung
(bezogen auf die Energiezufuhr zur Ventilatorbaugruppe) nicht so
wirksam wie die Wasserpumpe 32 ist. Die Stellung des Stromsteuerventils 42,
und damit die Richtung des Kühlmittels,
wird durch Signale vom Steuermodul 64 gesteuert. Das Ventil 42 steuert
den Anteil des durch den Kühler 46,
die Bypassleitung 56, den Entlüftungsbehälter 50 und den Heizerkern 54 geförderten Kühlmittels.
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Beim Betrieb der Motorkühlung mit
zu niedriger Kühlmitteltemperatur,
wie z. B. bei einem Kaltstart, erhöht das Steuermodul 64 rasch
die Motortemperatur durch Leiten von Energie an die Pumpenkupplung 26 zur
Minimierung des Kühlmittelstroms, Einstellen
des Stromsteuerventils 42 auf Leiten des Kühlmittels
durch den Bypass 56 anstelle durch den Kühler 46 und
Abschalten der Energieversorgung der Ventilatorkupplung 24,
um den Ventilator 28 stillzusetzen. Damit kann eine Gesamtsteuerung
der Motortemperatur- und Heizungstemperatursteuerung bei Minimierung
der zusätzlichen
elektrischen Belastung des Fahrzeugelektrosystems erzielt werden.
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2 stellt
eine alternative Ausgestaltung der Erfindung dar. Da die meisten
Komponenten gegenüber
der ersten Ausgestaltung unverändert
sind, werden diese mit denselben Bezugsnummern und nur die modifizierten
oder hinzugefügten
Elemente mit Bezugsnummern über
100 bezeichnet. In dieser Ausgestaltung werden die Ventilatorflügel 28 durch einen
Elektromotor 124 angetrieben, der über die elektrische Verbindung
168 durch das Steuermodul 164 gesteuert wird. Diese Konfiguration
hat zwar eine höhere
Gesamtelektroenergieaufnahme als die erste Ausgestaltung, stellt
jedoch eine zusätzliche
Steuerung über
den Ventilatorbeutrieb zur Verfügung.
Diese Ausgestaltung stellt außerdem
ein Fahrzeug dar, das eine Klimaanlage enthält. Dieses System enthält einen
mithilfe der Kurbelwellenriemenscheibe 14 über eine
Verdichterriemenscheibe 178 angetriebenen Kältemitteluverdichter 176.
Der Verdichter 176 ist über
eine Kältemittelleitung 182 mit
einem Kondensator 180 verbunden. Die Kältemittelleitungen sind in 2 als Doppelpunkt-Strich-Linien
dargestellt. Der Verdampfer 180 ist neben dem Kühler 46 angebracht,
so dass die mithilfe des Ventilators 28 durch den Kühler 46 gefördeurte
Luft ebenfalls durch den Kondensator 180 gefördert wird.
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Das Kältemittelsystem enthält außerdem einen
Speicher/Trockner 184, ein Ausdehnungsventil 186 und einen
Verdampfer 188, die über
die Kältemittelleitungen 190, 192, 194 bzw. 196 verbunden
sind.
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Der Betrieb dieses Motorkühlsystems
ist abgesehen von zwei wesentlichen Unterschieden dem der ersten
Ausgestaltung sehr ähnlich.
Erstens leitet das Steuermodul 164 zur Steigerung der Impellerdrehzahl
eine höhere
Leistung an den Ventilatormotor 124. Außerdem kann das Steuermodul 164 den Ventilator
starten, wenn dies für
den Kondensator 180 der Klimaanlage erforderlich ist, obwohl
der Ventilator 28 zu diesem Zeitpunkt zur Kühlung des
Motorkühlmittels
nicht benötigt
wird. Das Steuermodul 164 kann dann die Wasserpumpendrehzahl
und/oder das Stromsteuerventil 42 regeln, um die gesteigerte
Kühlwirkung
des Ventilators 28 auf das Motorkühlmittel zu berücksichtigen.
Außerdem
kann der Ventilatormotor 124 nach Stillsetzen des Verbrennungsmotors
zur Bereitstellung einer zusätzlichen
Kühlung
bei sehr heißem
stillgesetztem Motor angetrieben werden.
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Es sind zwar bestimmte Ausgestaltungen der
Erfindung im Detail beschrieben worden, jedoch werden Personen,
die mit dem Fachgebiet vertraut sind, auf das sich die Erfindung
bezieht, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausgestaltungen zur
praktischen Umsetzung der durch die nachfolgenden Patentansprüche definierten
Erfindung erkennen.