DE10342935B4

DE10342935B4 - Verbrennungskraftmaschine mit einem Kühlkreislauf

Info

Publication number: DE10342935B4
Application number: DE2003142935
Authority: DE
Inventors: Karsten Mann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2003-09-17
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2023-09-18
Also published as: DE10342935A1; ITMI20041752A1; FR2859757A1; FR2859757B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Kühlkreislauf mit wenigstens einem ersten Kühlmittelkanal und wenigstens einem zweiten Kühlmittelkanal, der parallel mit dem ersten Kühlmittelkanal verbunden ist, mit den Kühlmittelkanälen zugeordneten Drosselungsmitteln für die Beeinflussung des die Kühlmittelkanäle passierenden Kühlmittelstroms, sowie mit einer mechanisch antreibbaren Kühlmittelpumpe für die Umwälzung des Kühlmittels durch die Kühlmittelkanäle. Erfindungsgemäß sind Steuermittel 600 vorgesehen, die Stellgrößen Uv.sc.kopf, Uv.sc.block, Uv.rad, Uv.add für die individuelle Steuerung der Drosselungsmittel bereitstellen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Kühlkreislauf nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Kühlung einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug, erfolgt über ein Kühlmittel, das in einem Kühlmittelkreislauf zirkuliert, der, in herkömmlicher Weise, durch die Verbrennungskraftmaschine verlaufende Kanäle, einen Wärmetauscher für die Beheizung der Fahrgastzelle des Fahrzeugs, eine Pumpe für die Umwälzung des Kühlmittels und einen Kühler für die Abgabe der Abwärme der Verbrennungskraftmaschine an die Umgebung umfasst. Das Kühlmittel tritt dabei zunächst in Kanäle des Motorblocks ein, durchströmt diesen in Längsrichtung, durchläuft anschließend den Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine und gelangt anschließend zum Kühler. Über eine zuschaltbare Zweigleitung kann ein Teil des Kühlmittelstroms abgegriffen und dem Wärmetauscher für die Beheizung der Fahrgastzelle zugeführt werden. Der gesamte Volumenstrom des Kühlmittels ist bestimmt durch die Förderleistung der Pumpe und die Druckverluste in dem Kühlmittelkreislauf. Untersuchungen haben gezeigt, dass es in der Praxis sinnvoll ist, trotz des damit verbundenen höheren Aufwands, Zylinderblock und Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine getrennt voneinander von einem Kühlmittel durchströmen zu lassen. Derartige Kühlkreisläufe sind als „Split-Cooling-System” bekannt.
Aus der EP 1 253 303 A2 ist eine gattungsgemäße, durch Flüssigkeit gekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock bekannt geworden, deren Kühlflüssigkeitsräume über getrennte Einlassleitungen an einen Kühlkreislauf angeschlossen sind, der mindestens eine Wasserpumpe, einen Kühler mit einem Lüfter enthält, wobei die Wasserpumpe über eine Druckleitung Kühlflüssigkeit zu den Einlassleitungen fördert und mindestens in einer Einlassleitung ein Regelventil angeordnet ist, das den Volumenstrom in Abhängigkeit von Betriebsparamentern der Hubkolbenbrennkraftmaschine steuert. Die Kühlflüssigkeitsräume des Zylinderkopfs und des Zylinderblocks sind getrennt voneinander über getrennte Auslassleitungen an einer gemeinsamen Rückströmleitung angeschlossen.
Die DE 101 28 423 A1 offenbart ein Verfahren zum Überwachen eines Kühlflüssigkeitskreislaufs einer Brennkraftmaschine. Dieser Kühlflüssigkeitskreislauf weist mindestens einen Wärmetauscher, ein Regelventil, eine Kühlflüssigkeitspumpe und eine elektronische Steuereinheit auf. Die Steuereinheit gibt aus Betriebsparametern der Brennkraftmaschine mithilfe von Abweichungskennfeldern eine zulässige obere und untere Abweichung eines Referenzparameters von einem Soll-Wert vor und vergleicht diese mit einer Differenz zwischen einem Soll-Wert und einem Ist-Wert des Referenzparameters, wobei der Istwert aus Parametern des Volumenstroms der Kühlflüssigkeit gegebenenfalls mithilfe von Kennfeldern ermittelt wird. Dieses Verfahren ist ein Diagnoseverfahren für Drosselungsmittel in einem Kühlkreislauf, wobei untersucht und festgestellt wird, ob die Drosselungsmittel, beziehungsweise die Kühlwasserpumpe korrekt arbeiten oder ob ein Defekt vorliegt.
Aus DE 199 38 614 A1 der Anmelderin ist ein Kühlkreislauf für einen Verbrennungsmotor mit einem ersten Kühlmittelkanal bekannt, bei dem wenigstens ein zweiter Kühlmittelkanal vorgesehen ist, der parallel mit dem ersten Kühlmittelkanal verbunden ist, und bei dem ein Verteiler zum Aufteilen eines Kühlmittelstroms auf die parallelen Kanäle vorgesehen ist.
Aus DE 100 32 184 A1 der Anmelderin ist weiter eine Vorrichtung zum Kühlen einer Brennkraftmaschine bekannt, mit an der Brennkraftmaschine vorgesehenen Kühlmittelanschlüssen an einen Kühlkreislauf, wobei die Kühlmittelanschlüsse in wenigstens einen Kühlmantelbereich der Brennkraftmaschine münden, bei der als Kühlmittelanschlüsse eine Gruppe von einander paarweise zugeordneten Zuströmungen und Abströmungen vorgesehen ist, wobei jeweils ein Paar von Zuströmungen und Abströmungen aufgrund ihrer jeweiligen Strömungsrichtung einen Strömungspfad definiert und jedem Zylinder jeweils wenigstens ein ihn beströmender Strömungspfad zugeordnet ist.
Aus der US 2001/0020452 A1 ist eine kennfeldbasierte Steuerung eines Kühlkreislaufs einer Brennkraftmaschine auf der Basis hydraulischer Widerstände bekannt geworden.
Die DE 101 55 387 A1 offenbart einen Kühlkreislauf mit einem Kühlerventil und einem Bypassventil.
Gegenstand der DE 199 60 190 A1 ist ein Regelventil für einen Kühlkreislauf von Brennkraftmaschinen.
Aus DE 101 02644 C1 ist weiterhin ein Kurbelgehäuse für eine flüssigkeitsgekühlte Hubkolben-Brennkraftmaschine bekannt, in dem ein für alle Zylinder gemeinsamer Kühlraum angeordnet ist, und in dem mindestens ein strömungsbeeinflussendes Element vorgesehen ist, wobei sich das strömungsbeeinflussende Element über mindestens die halbe Länge des Kühlraums erstreckt und den Kühlraum zumindest in einem Teilbereich in einen oberen Kühlraum und einen unteren Kühlraum aufteilt, wobei der obere Kühlraum und der untere Kühlraum durch Öffnungen in dem strömungsbeeinflussenden Element miteinander verbunden sind und das Kühlmittel in den Kühlraum durch den oberen Kühlraum eingeführt wird.
Vorteile der Erfindung
Untersuchungen haben gezeigt, dass es zweckmäßig ist, den Motorblock und den Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine jeweils getrennt voneinander mit einem Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufs durchströmen zu lassen. Auf diese Weise können der Zylinderkopf, der thermisch vor allem mit der Brennraumwand und der Ansaugluftführung gekoppelt ist und der Motorblock, der thermisch vor allem mit den Reibstellen gekoppelt ist, unterschiedlich gekühlt werden. So kann dem vor allem bei Dieselmotoren relevanten Konflikt von einer möglichst hohen Öltemperatur an den Reibstellen und einer relativ niedrigen Lufttemperatur in dem Ansaugbereich und dem Brennraum entgegengetreten werden, durch den sich in der Regel die NO_x-Emission signifikant erhöht. Durch ein Split-Cooling-System, das mit einer konventionellen, mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpe zusammenwirkt, kann mittels der erfindungsgemäßen Lösung ein gutes Kosten-Nutzenverhältnis erreicht werden. Lediglich die Ventile sind servobetätigt.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt 1 eine bekannte Anordnung einer mit einem Kühlmittel gekühlten Verbrennungskraftmaschine, 2 eine vereinfachte Struktur einer mit einem erfindungsgemäßen Kühlkreislauf ausgestatteten Verbrennungskraftmaschine, 3 ein hydraulisches Netzwerk, 4, in einem Diagramm, die Struktur der bei der Erfindung vorgesehenen Steuermittel, 5 ein weiteres hydraulisches Netzwerk, 6 ein Diagramm für die Erläuterung der modularen Struktur der bei der Erfindung vorgesehenen Steuermittel, 7 in einem Diagramm eine Mischverhältniskennlinie und 8 in einem Diagramm den funktionalen Zusammenhang zwischen der Druckdifferenz dp und dem Volumenstrom Vp.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt, in einer schematischen Darstellung, eine bekannte Anordnung einer mit einem Kühlmittel gekühlten Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst einen Motorblock 12 und einen Zylinderkopf 11. Der Zylinderkopf 11 und der Motorblock 12 sind an einen Kühlkreislauf angeschlossen. Der Kühlkreislauf umfasst einen Kühler 14, ggf. mit einem Gebläse, ein Kühlerventil 15, ein Bypassventil 16, und eine Kühlmittelpumpe 13. Zusätzlich ist ein Heizungszweig 18A mit einem Heizungsventil 17 und einem Wärmetauscher 18 vorgesehen. An mehreren Stellen des Kühlkreislaufs sind Messstellen für die dort vorherrschende Temperatur vorgesehen, die mit geeigneten Sensoren erfassbar ist. So ist an dem Ausgang des Kühlers 12 die Messstelle T_KA für die Messung der Ausgangstemperatur an dem Kühler 14 vorgesehen. An dem Eingang des Motorblocks 12 ist eine Messstelle T_ME vorgesehen. Schließlich ist noch an dem Ausgang des Zylinderkopfs 11 eine Messstelle T_MA vorgesehen.
In 2 ist die vereinfachte Struktur einer Verbrennungskraftmaschine mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Kühlkreislauf dargestellt. Die Verbrennungskraftmaschine 20 umfasst einen Motorblock 12 und einen Zylinderkopf 11. Der Zylinderkopf 11 und der Motorblock 12 sind an einen Kühlkreislauf angeschlossen. Der Kühlkreislauf umfasst einen Kühler 14, ggf. mit einem Gebläse, ein Kühlerventil 15, ein Bypassventil 16, und eine mechanisch angetriebene Kühlmittelpumpe 13. Zusätzlich ist ein Heizungszweig 18A mit einem Heizungsventil 17 und einem Wärmetauscher 18 vorgesehen. An mehreren Stellen des Kühlkreislaufs sind Messstellen für die dort vorherrschende Temperatur vorgesehen, die mit geeigneten Sensoren erfassbar ist. So ist an dem Ausgang des Kühlers 12 die Messstelle T_KA für die Messung der Ausgangstemperatur an dem Kühler 14 vorgesehen. An dem Eingang des Motorblocks 12 ist eine Messstelle T_ME vorgesehen. Schließlich ist noch an dem Ausgang des Zylinderkopfs 11 eine Messstelle T_MA vorgesehen. Im Unterschied zu der in 1 dargestellten bekannten Anordnung umfasst die in 2 dargestellte Verbrennungskraftmaschine 11 zusätzlich noch ein Zylinderkopfventil 19, das zwischen dem Ausgang der Kühlmittelpumpe 13 und dem Eingang des Zylinderkopfs 11 angeordnet ist. Weiterhin umfasst die in 2 dargestellte Verbrennungskraftmaschine 11 zusätzlich noch ein Motorblockventil 20, das zwischen dem Ausgang der Kühlmittelpumpe 13 und dem Eingang des Motorblocks 12 angeordnet ist. Der Ausgang des Motorblocks 12 und des Zylinderkopfs 11 sind an der Verbindungsstelle 21 miteinander verbunden. An diese Verbindungsstelle 21 sind auch das Heizungsventil 17 und das Kühlerventil 15 angeschlossen. Während bei dem in 1 dargestellten Kühlkreislauf der Motorblock 12 und der Zylinderkopf 11 nacheinander von dem Kühlmittel durchströmt werden, findet bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine parallele Durchströmung von Zylinderkopf 11 und Motorblock 12 statt. Um das Verhältnis dieser beiden Kühlmittelströme variieren zu können, ist es zweckmäßig, jeden der parallelen Kühlmittelströme durch je ein zugeordnetes Ventil, also ein Zylinderkopfventil 19 und ein Motorblockventil 20 steuern zu können. Auch das Mischungsverhältnis des Kühlmittelstroms durch den Kühler und den Bypass soll durch entsprechende Drosselungsstellen, nämlich Kühlerventil 15 und Bypassventil 16, gesteuert werden. Um nun bei einem vorgegebenem Arbeitspunkt der mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpe 13, der im Wesentlichen von ihrer Drehzahl n abhängig ist, einen gewünschten Sollgesamtvolumenstrom Vp einstellen zu können, muss der Gesamtwiderstand Rdes des hydraulischen Systems in einem weiten Bereich verändert werden können. Hierzu werden wenigstens das Zylinderkopfventil 11 und das Motorblockventil 12 oder aber das Kühlerventil 15 und das Bypassventil 16 derart ausgebildet, dass sie unabhängig voneinander steuerbar sind. Es ist vorteilhaft, hierfür diejenigen Ventile vorzusehen, deren Strömungspfad nicht durch einen parallelen Zweig kurzgeschlossen wird (zum Beispiel durch einen Heizzweig 17, 18, 18A wie in 2 und 3). In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung wird weiter angenommen, dass die für Split-Cooling vorgesehenen Ventile, Zylinderkopfventil 11 und Motorblockventil 12 vorzugsweise als 2-Wege-Ventile ausgebildet sind. Das Kühlerventil 15 und das Bypassventil 16 sind vorzugsweise zu einem Mischventil zusammengefasst.
In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung können alternativ das Zylinderkopfventil 19 und das Motorblockventil 20 als Mischventil ausgestaltet sein, während das Kühlerventil 15 und das Bypassventil 16 jeweils als 2-Wege-Ventil ausgebildet sind.
In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann die Funktionalität der zwei 2 Wege-Ventile ebenso auch mittels eines 3-Wege-Ventils mit einem Aktor realisiert werden. Der hydraulische Gesamtwiderstand eines derartigen Kühlermischventils bez. einer Parallelschaltung aus Kühler- und Bypasszweig (2, 3) ist durch die Vorgabe eines Mischungsverhältnisses eindeutig gegeben. Sollmischverhältnis und Sollvolumenstrom sind Größen, die innerhalb der Prozessführung des Thermomanagements für die Verbrennungskraftmaschine 20 ermittelt werden und die dann in entsprechende Steuersignale (Stellgrößen) für die Stellorgane (Aktoren) umgerechnet werden, um das Niveau der Motortemperatur und einen Temperaturgradienten in dem Motor zu regeln.
Bei Annahme eines turbulenten Strömungsverlaufs ist der Druckabfall in dem Kühlkreislauf (näherungsweise) proportional zu dem Quadrat des Volumenstroms Vp, das heißt, es gilt folgende Beziehung: dp = RVp² (1)
Für alle Stellungen der Ventile 15, 16, 17, 19, 20 kann, in Analogie zu der Elektrotechnik, ein hydraulischer Ersatzwiderstand des Kühlkreislaufs mit Hilfe eines hydraulischen Netzes ermittelt werden, sofern die hydraulischen Widerstände der Komponenten und die Widerstandskennlinien der Ventile bekannt sind. Ein Beispiel für ein derartiges hydraulisches Netzwerk ist in 3 dargestellt. Zunächst umfasst das Netzwerk ein Zylinderkopfventil 19, das in Reihe zu dem Zylinderkopf 11 angeordnet ist. Weiterhin umfasst das Netzwerk ein Motorblockventil 20, das in Reihe zu dem Motorblock 12 angeordnet ist. Die vorstehend beschriebenen Reihenschaltungen sind wiederum parallel zueinander geschaltet. Das Netzwerk umfasst weiter ein Bypassventil 16, das in Reihe zu einem Bypass 16A geschaltet ist. Weiterhin umfasst das Netzwerk ein Kühlerventil 15, das in Reihe zu dem Kühler 14 geschaltet ist. Auch diese zwei zuletzt beschriebenen Reihenschaltungen sind wiederum zueinander parallel geschaltet. Schließlich ist noch ein Heizungszweig 18A vorgesehen, der ebenfalls parallel zu der zuletzt erwähnten Parallelschaltung geschaltet ist. Die anfänglich beschriebene Parallelschaltung mit den Elementen 11, 12, 19, 20 ist schließlich in Reihe zu der die Elemente 14, 15, 16, 16A, 18A umfassenden Parallelschaltung geschaltet. Die Einzelwiderstände der genannten Komponenten lassen sich, analog einer elektrischen Schaltung, zu einem Gesamtwiderstand addieren. Daraus ergibt sich eine Systemkennlinie. Ein Mischverhältnis der Volumenströme mehrerer parallel geschalteter Zweige kann dann direkt berechnet werden. Der Volumenstrom durch die Kühlmittelpumpe 13 ergibt sich aus dem Schnitt der Pumpenkennlinie mit der Systemkennlinie. Dabei existiert eine Konfiguration mit minimalem hydraulischen Widerstand R = Rsys,min. Durch die Systemkennlinie dieser Konfiguration wird der Volumenstrom nach oben begrenzt. Dieser Zusammenhang ist in 8 dargestellt. Das dort abgebildete Diagramm zeigt den funktionalen Zusammenhang zwischen der Druckdifferenz dp und dem Volumenstrom Vp. Für die Systemkennlinie gilt, wie schon erwähnt, die Beziehung: dp = RVp² (1)
Darin ist R der hydraulische Widerstand (turbulente Strömung vorausgesetzt). In dem Diagramm sind weiterhin mehrere Kennlinien einer Kühlmittelpumpe für unterschiedliche Drehzahlen n1, n2, n3 mit n1 > n2 > n3 eingezeichnet. Wie bereits erwähnt, ergibt sich der Volumenstrom Vp aus dem Schnittpunkt zwischen der Systemkennlinie und der Pumpenkennlinie. In dem Diagramm sind drei Schnittpunkte dargestellt, die drei unterschiedlichen Volumenströmen Vp1, Vp2, Vp3 mit Vp1 > Vp2 > Vp3 entsprechen. Aus dieser Darstellung ergibt sich somit, dass der Volumenstrom Vp proportional zu der Drehzahl n ist. Mit Hilfe des hydraulischen Netzwerks und mit diesem Zusammenhang, können die benötigten Kennfelder und Kennlinien numerisch berechnet werden, wodurch eine einfache Applikation erreichbar ist. Die dafür notwendigen Daten sind relativ leicht messbar oder können von dem Lieferer der Komponenten zur Verfügung gestellt werden.
4 zeigt, in einem Diagramm, die Struktur der bei der Erfindung vorgesehenen Steuermittel 400. In dem in 4 gezeigten Diagramm ist schematisch dargestellt, wie aus den Eingangsgrößen Sollmischverhältnis und Sollvolumenstrom die entsprechenden Stellgrößen für die Drosselungsmittel, nämlich die drei Ventile, Zylinderkopfventil 11, Motorblockventil 20 und Kühlermischventil 15 in Abhängigkeit von der Drehzahl n ermittelt werden. Die Steuermittel 400 verfügen über mehrere Eingänge 401, 402, 403, 404 und mehrere Ausgänge 405, 406, 407. Dem Eingang 403 wird der Sollgesamtvolumenstrom Vp, dem Eingang 404 die Drehzahl n der Kühlmittelpumpe 13 zugeführt. Zunächst wird in Abhängigkeit von der Drehzahl n, durch die der Arbeitspunkt der mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpe 13 bestimmt wird, und in Abhängigkeit von dem Volumenstrom Vp (Sollgesamtvolumenstrom) mittels eines ersten Kennfelds 40 der gewünschte hydraulische Systemwiderstand Rdes ermittelt. Dem Eingang 402 wird das Sollmischverhältnis MVrad zwischen Kühler- und Bypasskreis zugeleitet. Die Stellung des Kühlerventils 15 wird dabei aus der Vorgabe des gewünschten Mischverhältnisses MVrad durch eine Mischverhältniskennlinie bestimmt. Die Mischverhältniskennlinie bildet das Verhältnis von Kühler- und Bypassvolumenstrom des in dem Fahrzeug realisierten Systems Kühlsystems in Abhängigkeit von der Ventilstellung von Kühlerventil 15 und Bypassventil 16 ab. Die Stellgröße für das Kühlerventil 15 ist in 4 mit Uv.rad bezeichnet. Ein Beispiel für eine derartige Mischverhältniskennlinie zeigt 7. In dem Diagramm ist beispielhaft das Mischverhältnis MV als Funktion der Stellung von zwei Ventilen X_Ventil und Y_Ventil dargestellt.
Über den Eingang 402 wird das Sollmischverhältnis MVrad zwischen Kühler- und Bypasskreis zwei Kennfeldern 41 und 42 zugeleitet. Aus der Stellung des Ventils kann der hydraulische Widerstand der Parallelschaltung aus Kühler- und Bypasszweig Rv.sc, anhand von Kennlinien (Kennfelder 41, 42), ermittelt werden. Der so ermittelte hydraulische Widerstand Rv.sc wird von dem hydraulischen Widerstand Rdes abgezogen, der sich aus der Drehzahl n und dem Volumenstrom Vp ergibt. Man erhält so den Widerstand R, der sich aus den übrigen konstanten Widerständen und den veränderlichen Widerständen der Split-Cooling-Ventile (Zylinderkopfventil 11, Motorblockventil 12) ergibt. Für die Verknüpfung der Widerstandswerte Rv.sc und Rdes ist ein Funktionsmodul 45 vorgesehen. Der Widerstand R wird als Eingangswert zwei weiteren Kennfeldern 43, 44 zugeführt. Weiterhin wird über den Eingang 401 der Steuermittel 400 den Kennfeldern 43 und 44 das Sollmischverhältnis MVsc zwischen dem Zylinderkopfventil 19 und dem Motorblockventil 20 als weitere Eingangsgröße zugeleitet. Aus dem Kennfeld 43 wird die Stellgröße Uv.sc.kopf für das Zylinderkopfventil 19 abgeleitet und an dem Ausgang 405 der Steuermittel 400 bereitgestellt. Aus dem Kennfeld 44 wird die Stellgröße Uv.sc.block für das Motorblockventil 20 abgeleitet und an dem Ausgang 406 der Steuermittel 400 bereitgestellt. Schließlich wird aus dem Kennfeld 42 noch die Stellgröße Uv.rad für das Kühlerventil 15 abgeleitet und an dem Ausgang 407 der Steuermittel 400 bereitgestellt.
In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung wäre es auch denkbar, anstelle von vier vergleichsweise einfachen Kennfeldern 41, 42, 43, 44 zwei mehrdimensionale Kennfelder vorzusehen, die mit entsprechenden Daten ausgestattet werden.
In einer weiteren Ausführungsvariante könnten die zuvor anhand von Kennfeldern beschriebenen funktionalen Zusammenhänge anstelle durch Kennfelder auch auf andere Weise, wie beispielsweise eine mathematische Funktion, dargestellt werden. Anstelle der zuvor beschriebenen Kennfelder werden dann Funktionsmodule vorgesehen, die diese Funktionen umsetzen.
Erfindungsgemäß ist somit durch die vorstehend beschriebenen Steuermittel 400 die Möglichkeit gegeben, bei Vorgabe eines Sollgesamtvolumenstroms Vp und einer Drehzahl n der Kühlmittelpumpe 13 durch Zuführung vorgebbarer Sollmischverhältnisse MVrad und MVsc die erforderlichen Stellgrößen für die vorhandenen Ventile 15, 16, 19, 20 und ggf. 17 bedarfsgerecht individuell einzustellen, um das Thermomanagement der Verbrennungskraftmaschine 20 zu optimieren.
Die vorteilhafte modulare Struktur der Steuermittel 400 ermöglicht eine vergleichsweise einfache Erweiterung auf weitere Ventile und erleichtert damit die Applikation an unterschiedliche Systeme. Dies wird im Folgenden anhand von 6 erläutert. Die in 6 dargestellten Steuermittel 600 entsprechen in ihrem oberen und unteren Bereich den schon in dem Ausführungsbeispiel nach 4 dargestellten Steuermitteln 400. In dem mittleren Bereich hinzugekommen ist ein gestrichelt umrahmter Block 60, der für die Steuerung eines neu hinzugefügten Ventils zuständig ist. Dieses neu hinzugefügte Ventil ist für eine weitere Volumenstromaufteilung in Reihe geschaltet. Auch diese Volumenstromaufteilung soll bedarfsgerecht individuell durch ein Ventil steuerbar sein. Eine derartig erweiterte Anordnung ist in 5 schematisch dargestellt. Auch 5 zeigt im Wesentlichen die Struktur der in 3 dargestellten Anordnung mit den Elementen 11, 12, 14, 15, 16, 16A, 18A, 19, 20. Neu hinzugetreten sind die jeweils in Reihe geschalteten Elemente 50, 52, sowie 51, 53, wobei diese Reihenschaltungen wiederum parallel geschaltet sind. Diese Parallelschaltung der neu hinzugetretenen Elemente 50, 52, 51, 53 ist wiederum in Reihe zu der schon in 3 gezeigten Anordnung geschaltet. Bei den Elementen 50, 51 kann es sich wiederum um Ventile handeln, während die Elemente 52, 53 durch ein Kühlmittel zu kühlende Baugruppen darstellen. In dem Ausführungsbeispiel nach 6 umfasst das Modul 60 zwei Kennfelder 61 und 62, sowie ein Funktionsmodul 63. In diesem zusätzlichen Modul 60 wird aus dem Sollmischverhältnis für die gemäß 5 zusätzlich hinzugetretenen Elemente 50, 51, 52, 53 mittels der Kennfelder 61, 62 der hydraulische Widerstand –Rv.add der Parallelschaltung der zusätzlichen Elemente 50, 51, 52, 53 ermittelt. Dazu wird dem Eingang 601 der Steuermittel 600 das Sollmischverhältnis MVadd zugeführt. In dem Funktionsmodul 63 wird dieser Widerstand –Rv.add von dem Widerstand Rdes abgezogen. An dem Ausgang 605 der Steuermittel 600 wird die Stellgröße Uv.add für das neu hinzugetretene Ventil bereitgestellt.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die in 6 dargestellte Struktur durch zusätzliche Module nach Art des Moduls 60 beliebig erweitert werden.
Bezugszeichenliste

10: Verbrennungskraftmaschine
10': Verbrennungskraftmaschine
11: Zylinderkopf
12: Motorblock
13: Kühlmittelpumpe
14: Kühler
15: Kühlerventil
16: Bypassventil
16B: Bypass
17: Heizungsventil
18: Wärmetauscher
18A: Heizungszweig
19: Zylinderkopfventil
20: Motorblockventil
21: Verbindungsstelle
40: Kennfeld
41: Kennfeld
42: Kennfeld
43: Kennfeld
44: Kennfeld
45: Funktionsmodul
50: Ventil
51: Ventil
52: Baugruppe
53: Baugruppe
60: Modul
61: Kennfeld
62: Kennfeld
63: Funktionsmodul
400: Steuermittel
401: Eingang
402: Eingang
403: Eingang
404: Eingang
405: Ausgang
406: Ausgang
407: Ausgang
600: Steuermittel
601: Eingang
605: Ausgang
n: Drehzahl
n1: Drehzahl
n2: Drehzahl
n3: Drehzahl
dp: Druckdifferenz
MV: Mischverhältnis
MVrad: Sollmischverhältnis Kühler zu Bypass
MVsc: Sollmischverhältnis Zylinderkopf zu Motorblock
MVadd: Sollmischverhältnis zusätzliches Ventil
Rdes: hydraulischer Widerstand
R: hydraulischer Widerstand
Rv.rad: hydraulischer Widerstand
Rv.add: hydraulischer Widerstand
Rsys,min: minimaler hydraulischer Widerstand
T_KA: Messstelle
T_ME: Messstelle
T_MA: Messstelle
Vp: Sollvolumenstrom
Vp1: Volumenstrom
Vp2: Volumenstrom
Vp3: Volumenstrom

Claims

Verbrennungskraftmaschine (10, 10') mit einem Kühlkreislauf mit wenigstens einem ersten Kühlmittelkanal und wenigstens einem zweiten Kühlmittelkanal, der parallel mit dem ersten Kühlmittelkanal verbunden ist, mit den Kühlmittelkanälen zugeordneten Drosselungsmitteln für die Beeinflussung des die Kühlmittelkanäle passierenden Kühlmittelstroms, sowie mit einer mechanisch antreibbaren Kühlmittelpumpe (13) für die Umwälzung des Kühlmittels durch die Kühlmittelkanäle, wobei Steuermittel (400, 600) vorgesehen sind, die Stellgrößen (Uv.sc.kopf, Uv.sc.block, Uv.rad, Uv.add) für die individuelle Steuerung der Drosselungsmittel (Ventile 15, 16, 17, 19, 20) bereitstellen, dadurch gekennzeichnet, dass den Steuermitteln (400, 600) als Eingangsgrößen für die Ermittlung der Stellgrößen (Uv.sc.kopf, Uv.sc.block, Uv.rad, Uv.add) zugeführt werden: der Sollgesamtvolumenstrom (Vp), die Drehzahl (n) der Kühlmittelpumpe (13), sowie die Sollmischverhältnisse (MVsc, MVrad, MVadd) der Drosselungsmittel.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselungsmittel Mischventile (Zylinderkopfventil 19, Motorblockventil 20, Bypassventil 16, Kühlerventil 15, Heizungsventil 17) umfassen.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (400, 600) Kennfelder (40, 41, 42, 43, 44, 61, 62) umfassen.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kennfeld (40) vorgesehen ist, in dem aus den Eingangsgrößen Sollgesamtvolumenstrom (Vp) und Drehzahl (n) der Kühlmittelpumpe (13) der hydraulische Gesamtwiderstand (Rdes) ermittelbar ist.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kennfelder (43, 44) vorgesehen sind, in denen aus den Eingangsgrößen Sollmischverhältnis (MVsc) von Zylinderkopfventil (19) und Motorblockventil (20) und hydraulischer Widerstand (R) die Stellgrößen (Uv.sc.kopf) für ein Zylinderkopfventil (19) und (Uv.sc.block) für ein Motorblockventil (20) ermittelbar sind.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kennfelder (41, 42) vorgesehen sind, in denen aus der Eingangsgröße Sollmischverhältnis (MVrad) von einem Kühlerventil (15) zu einem Bypassventil (16) der Widerstand (Rv.rad) und die Stellgröße (Uv.rad) für das Kühlerventil (15) ermittelbar sind.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kennfelder (61, 62) vorgesehen sind, in denen aus der Eingangsgröße Sollmischverhältnis (MVadd) von zusätzlichen Komponenten der Widerstand (Rv.add und die Stellgröße (Uv.add) für die zusätzlichen Komponenten ermittelbar sind.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle von Kennfeldern funktionale Zusammenhänge umsetzende Funktionsmodule vorgesehen sind.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderkopfventil (19) und das Motorblockventil (20) als 2-Wege-Ventil ausgebildet sind.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlerventil (15) und das Bypassventil (16) als Mischventil ausgebildet sind.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderkopfventil (19) und das Motorblockventil (20) als Mischventil ausgebildet sind.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlerventil (15) und das Bypassventil (16) als 2-Wege-Ventil ausgebildet sind.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (400, 600) Funktionsmodule (45, 63) umfassen, in denen die Widerstände (Rv.rad, Rv.add) mit dem Widerstand (Rdes) verknüpfbar sind.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (400, 600) derart modular aufgebaut sind, dass für jedes weitere Drosselungsmittel ein Modul hinzufügbar ist, das ein Kennfeld (61) für die Ermittlung eines Widerstands (Rv.add) aus einem Sollmischverhältnis (MV.add), ein Kennfeld (62) für die Ermittlung einer Stellgröße (Uv.add) aus dem Sollmischverhältnis (MV.add), sowie ein Funktionsmodul (63) für die Verknüpfung des Widerstands (Rv.add) mit dem hydraulischen Gesamtwiderstand (Rdes) umfasst.