DE10362350B3 - Method and device for needs-based cooling of internal combustion engines during warm-up - Google Patents

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DE10362350B3 DE10362350.7A DE10362350A DE10362350B3 DE 10362350 B3 DE10362350 B3 DE 10362350B3 DE 10362350 A DE10362350 A DE 10362350A DE 10362350 B3 DE10362350 B3 DE 10362350B3
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Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs für Kraftfahrzeuge mit einer durch Kühlmittel gekühlten Brennkraftmaschine (1) miteinem Fahrzeugkühler (8),einem Heizungswärmetauscher (4),Kühlmittelleitungen (4a, 6a) zur Förderung eines flüssigen Kühlmittels in einem Kühlerkreislauf von der Brennkraftmaschine (1) zum Fahrzeugkühler (8) und zurück zur Brennkraftmaschine (1) sowie in einem Heizungskreislauf von der Brennkraftmaschine (1) zum Heizungswärmetauscher (4) und zurück zur Brennkraftmaschine (1),einer luftseitigen Temperaturregelung (5) der in die Kabine geförderten Luft,einem Thermostatventil (6), welches zur Kontrolle derKühlmitteltemperatur den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine (1) und den Fahrzeugkühler (8) regelt,einer elektronischen Motorsteuerung (20) undeinem von der elektronischen Motorsteuerung (20) beeinflussbarenDurchflussbegrenzungsmittel (2, 15, 2+70) im Heizungskreislauf, welches den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine (1) in Abhängigkeit von deren Kühlbedarf zusätzlich variiert, dadurch gekennzeichnet, dassder Kühlmitteldurchsatz durch den Heizungswärmetauscher (4) und/odersonstige auch bei geschlossenem Thermostatventil (6) durchströmte Kühlmittelzweige so stark begrenzt wird,dass in einem Warmlauf mit ausgeschalteter Heizung während desWarmlaufs gar kein Kühlmittel oder ein sehr geringer Kühlmittelstrom durch die Brennkraftmaschine (1) eingestellt ist unddass der Kühl- und Heizungskreislauf einen bei geschlossenemThermostatventil (6) durchströmbaren Bypasskreislauf mit Bypasszweig (6b) aufweist, der den Fahrzeugkühler (8) umgeht und dem ein Zusatzventil (6bv) zugeordnet ist, zur zusätzlichen Beeinflussung des Kühlmittelstroms durch die Brennkraftmaschine (1).Method for operating a cooling and heating circuit for motor vehicles with an internal combustion engine (1) cooled by coolant with a vehicle radiator (8), a heating heat exchanger (4), coolant lines (4a, 6a) for conveying a liquid coolant in a radiator circuit from the internal combustion engine (1 ) to the vehicle radiator (8) and back to the internal combustion engine (1) and in a heating circuit from the internal combustion engine (1) to the heating heat exchanger (4) and back to the internal combustion engine (1), an air-side temperature control (5) of the air conveyed into the cabin, a Thermostatic valve (6), which regulates the coolant throughput through the internal combustion engine (1) and the vehicle radiator (8) to control the coolant temperature, an electronic engine control (20) and a flow-limiting means (2, 15, 2 + 70) in the Heating circuit, which the coolant throughput through the internal combustion engine (1) in Ab depending on their cooling requirement also varies, characterized in that the coolant throughput through the heating system heat exchanger (4) and / or other coolant branches through which the thermostat valve (6) flows is so severely limited that in a warm-up with the heating switched off during the warm-up, no coolant at all or a very low low coolant flow is set through the internal combustion engine (1) and that the cooling and heating circuit has a bypass circuit with a bypass branch (6b) through which the thermostat valve (6) is closed, which bypasses the vehicle radiator (8) and to which an additional valve (6bv) is assigned, for additional Influencing the coolant flow through the internal combustion engine (1).

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 konventionellen Dehnstoff-Thermostaten geeignet.The invention relates to a method and a device for operating a cooling and heating circuit for motor vehicles with an internal combustion engine cooled by coolant, with an autarkic thermostatic valve 6th , which controls the coolant temperature to control the coolant throughput through the internal combustion engine 1 and the vehicle radiator 8th regulates and a bypass branch that can be influenced by the electronic engine control 6b with additional valve 6bv, which additionally varies the coolant throughput through the internal combustion engine depending on its cooling requirements. In particular, the method is suitable for operating internal combustion engines with conventional expansion material thermostats.

Es ist bekannt, bei modernen PKW mittels Wärmemanagement-Maßnahmen den Kraftstoffverbrauch zu senken. Eine schnelle Erwärmung des Kühlmittels und des Motoröls und damit auch der Motorbauteiltemperaturen 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.It is known to use thermal management measures to reduce fuel consumption in modern cars. Rapid heating of the coolant and engine oil and thus also the engine component temperatures as well as raising the thermostat opening temperature under partial load are effective means of achieving fuel consumption improvements of 5% and more in the ECE cycle. Future strategies for achieving the full fuel-saving potential by means of such measures include in particular the possibility of freely selecting the opening time of the thermostat by means of the engine control and of varying the coolant throughput through the engine over a wide range during warm-up. Various solutions are available for this, from the magnetic clutch to switch off the coolant pump of the engine to the pump-internal short-circuit valves to the fully variable electronic water pump as a replacement for the belt-driven cooling water pump.

So offenbart die DE 197 36 133 A1 einen Kühl- und Heizungskreislauf bei dem eine geregelte Heizungskreislaufpumpe gegen ein nur ab einer bestimmten Druckdifferenz öffnendes Rückschlagventil arbeitet, so dass der Kühlmittelstrom im Heizungskreislauf bei laufender Kühlmittelpumpe unterbrochen werden kann indem die Heizungskreislaufpumpe deaktiviert wird.So reveals the DE 197 36 133 A1 a cooling and heating circuit in which a regulated heating circuit pump works against a check valve that only opens from a certain pressure difference, so that the coolant flow in the heating circuit can be interrupted while the coolant pump is running by deactivating the heating circuit pump.

Die DE 40 32 701 A1 schlägt vor, teilweise getrennte Motorblock- und Zylinderkopf-Kreisläufe mit getrennten Kühlmittelpumpen vorzusehen, wobei der Zylinderkopfkreislauf einen Wärmespeicher aufweist. Beim Kaltstart des Motors wird bei über eine Schaltpumpe weitgehend deaktiviertem Motorblockkreislauf der Zylinderkreislauf bis zum Erreichen der Betriebstemperatur ständig in Umlauf gehalten. In dem Zylinderkreislauf kann ein Heizungswärmetauscher mit luftseitiger luftseitiger Regelung der Durchströmung des Wärmetauschers mit Luft vorgesehen sein.The DE 40 32 701 A1 proposes providing partially separate engine block and cylinder head circuits with separate coolant pumps, the cylinder head circuit having a heat accumulator. When starting the engine from cold, with the engine block circuit largely deactivated by a switching pump, the cylinder circuit is kept in constant circulation until the operating temperature is reached. A heating heat exchanger with air-side air-side regulation of the flow of air through the heat exchanger can be provided in the cylinder circuit.

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.All known solutions for regulating the coolant throughput through the engine have in common that considerable costs are incurred for the necessary additional components. In addition to the measures for regulating the flow through the engine, most of the known optimization strategies provide in particular for the replacement of the thermostat commonly used today with regulation of the cooler flow by means of an expansion element by a valve that can be freely controlled by the engine control. In order to fully exploit the potential, relatively complex valves in particular are provided in which the flow through the cooler is specified by the engine control and is sensitively adjusted via a stepper motor. Different rotary positions of the multi-way valve then set e.g. preferred positions for optimal hot cooling, maximum cooling effect or maximum cabin heating output. The costs for such a valve to switch multiple inflows and outflows, e.g. for the cooler, bypass and heating circuits, or to vary them continuously, are not insignificant. In addition, there is a further additional effort if a sufficient fail-safe behavior is to be implemented for all possible summer and winter operating conditions.

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.The costs are therefore already considerable, even if, without using the full fuel-saving potential, provision is made for an additional measure to vary the coolant pump speed or the coolant pump delivery rate at the same time as the valve is introduced.

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.Not least against the background of costs and operational safety, a much simpler system for hot cooling has prevailed on the market, in which an expansion thermostat with an electrically heatable expansion element enables optional operation at two different coolant temperatures. A thermostat with an expansion element is used, which inevitably begins to open from 100 ° C, for example; when the heating element is energized, this opening time is then shifted to 80 ° C by means of the electrical heat supply to the expansion element. The fuel consumption advantages are not fully exploited here, partly because the effectiveness of the system is limited to driving situations with coolant temperatures above approx. 80 ° C, but the additional costs are also significantly lower. In addition, any discussion regarding the robustness of the system and its fail-safe characteristics as well as the The question of the availability of components ready for series production is largely irrelevant in view of the already existing series experience with this type of electrically heated thermostats.

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 des Kraftstoffverbrauchs 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.Nevertheless, the system suppliers for vehicle cooling systems are working on the variants described above to fully exploit the fuel-saving potential of thermal management measures. However, the success of these new approaches is, on the one hand, largely linked to the development of emissions regulations and fuel consumption, and on the other hand, is also very much linked to the provision of much cheaper hardware than was previously available. Conversely, the failure to start large-scale production makes falling hardware prices for the electronic multi-way valve as a thermostat replacement and possibly the switchable or controllable cooling water pump more difficult.

Demgegenüber liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein besonders kostengünstiges und dennoch betriebssicheres Kühl- und Heizsystem zu schaffen, bei dem ein Kraftstoffeinsparpotenzial von Wärmemanagementmaßnahmen genutzt werden kann.In contrast, the object of the present invention is to create a particularly cost-effective and yet operationally reliable cooling and heating system in which a fuel-saving potential can be used by thermal management measures.

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.The values of the electrically heated thermostats, such as those currently installed in vehicles of the BMW and Ford brands, i.e. in particular the setting of the coolant temperature by means of the engine control to values between, are currently to be regarded as particularly desirable or to be surpassed for the temperatures and costs 80-85 ° C with high load and 100-115 ° C with partial load.

Diese Aufgabe wird mit den Verfahren gemäß Patentanspruch 1 oder 2 und durch einen nach Anspruch 10 gestalteten Kühl- und Heizkreislauf gelöst.This object is achieved with the method according to claim 1 or 2 and by a cooling and heating circuit designed according to claim 10.

Dabei werden im Ganzjahresbetrieb Kraftstoffverbrauchseinsparungen möglich, wie sie selbst wesentlich teurere Systeme mit aufwändigem Mehrwegeventil und variabler Kühlmittelpumpe nicht erreichen. Auch 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.In the year-round operation, fuel consumption savings are possible that even significantly more expensive systems with complex multi-way valves and variable coolant pumps cannot achieve. Even in the statutory emission tests at 25 ° C (ECE, MVEURO, FTP), the fuel saving potential with cold starts as well as with hot repeat tests is at the level of the much more expensive systems.

Wie später noch gezeigt wird, besteht ein ganz wesentlicher Vorteil für das Gesamtsystem darin, dass es in Verbindung mit einem Hochleistungskabinenwärmetauscher die Kraftstoffverbrauchsvorteile nicht nur im Emissionstest bei +25°C und ausgeschalteter Kabinenbeheizung liefert, sondern auch bei eingeschalteter Kabinenheizung.As will be shown later, a very important advantage for the overall system is that, in conjunction with a high-performance cabin heat exchanger, it delivers the fuel consumption benefits not only in the emissions test at + 25 ° C and with the cabin heating switched off, but also when the cabin heating is switched on.

Zunächst soll jedoch der allgemeinere Fall, mit besonderem Blick auf den gesetzlichen Abgastest beschrieben werden.First, however, the more general case will be described with a particular focus on the statutory emissions test.

Dabei spielen die 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. Im Entlüftungskreislauf 9a genügt hier i.a. eine Minimierung des Leitungsquerschnitts oder das Einfügen einer Drosselblende, besser in Bezug auf die Wirkung im Warmlauf und die Minimierung des Entlüftungsrisikos ist natürlich ein schaltbares Ventil. Im Heizungskreislauf 4a wird die Durchflussbegrenzung mittels des Ventils 15 oder/und durch die Dimensionierung der Druckverluste im Heizungswärmetauscher 4 und in den Kühlmittelleitungen im Zusammenspiel mit der optionalen Elektropumpe 2 bewerkstelligt. Beim Thermostaten 6 kommt eine weitgehend konventionelle Bauweise mit einem Dehnstoff-Element als Aktuator zum Einsatz, welches beispielsweise bei 82°C beginnt zu öffnen, eine el. Beheizung des Dehnstoffelementes ist nicht notwendig.This is where the means play a role 2 , 4th , 15th and 9a an essential role that the coolant flow through the heating heat exchanger circuit 4a , the ventilation circuit 9a and / or others even when the thermostat is closed 6th Strongly limit the flow of coolant branches. In the ventilation circuit 9a A minimization of the line cross-section or the insertion of a throttle orifice is sufficient here, better with regard to the effect during warm-up and the minimization of the venting risk is of course a switchable valve. In the heating circuit 4a is the flow limitation by means of the valve 15th or / and by dimensioning the pressure loss in the heating system heat exchanger 4th and in the coolant lines in conjunction with the optional electric pump 2 accomplished. With the thermostat 6th If a largely conventional design is used with an expansion element as an actuator, which begins to open at 82 ° C., for example, electrical heating of the expansion element is not necessary.

Für den Abgastest bei +25°C wird während des Warmlaufs mittels des Bypassventils 6bv ein sehr geringer Kühlmittelstrom eingestellt, wobei der Kühlmitteldurchsatz im Heizungswärmetauscher- und Entlüftungskreislauf möglichst gering, bevorzugt sogar gleich Null ist. Hierdurch erhöhen sich die Brennraumwandtemperaturen, die Temperatur der Zylinderlaufbahn und auch des Wassers und des Öls. Eine geringere Reibleistung des Motors und eine verbesserte Verbrennung sind die hiermit erzielten Vorteile.For the exhaust test at + 25 ° C, a very low coolant flow is set during the warm-up by means of the bypass valve 6bv, the coolant throughput in the heating heat exchanger and ventilation circuit being as low as possible, preferably even zero. This increases the temperature of the combustion chamber wall, the temperature of the cylinder liner and also of the water and oil. The advantages achieved hereby are lower engine friction and improved combustion.

Gleichzeitig reduziert sich die Antriebsleistung der Motorpumpe 7, da die starke Reduktion der Fördermenge den pumpenkennlinienbedingt begrenzten Anstieg des Förderdrucks überkompensiert.At the same time, the drive power of the motor pump is reduced 7th , since the strong reduction in the delivery rate overcompensates for the limited increase in delivery pressure caused by the pump characteristics.

Beim Ottomotor kommt hierzu eine leichte Teillastentdrosselung des Motors aufgrund der höheren Ansauglufttemperatur. Im Gegensatz zum bekannten el. beheizten Thermostaten sind diese Vorteile bereits von Anfang an wirksam und nicht erst bei Erreichen der konventionellen Thermostatöffnungstemperatur von beispielsweise 82°C.In the case of gasoline engines, there is also a slight partial throttling of the engine due to the higher intake air temperature. In contrast to the known electrically heated thermostat, these advantages are effective right from the start and not only when the conventional thermostat opening temperature of 82 ° C, for example, is reached.

Erreicht das Kühlmittel die Thermostatöffnungstemperatur von 82°C, so beginnt der Thermostat sich zu öffnen und hält die Motoreintrittstemperatur auf Werte nahe 82°C während die Motoraustrittstemperatur angesichts des immer noch sehr geringen Kühlmitteldurchsatzes von beispielsweise 2 l/min mehr und mehr in Richtung der maximal zulässigen Temperatur von beispielsweise 115°C strebt. Teilbereiche der Brennraumwände sind dabei bereits so warm, dass im Wassermantel lokal Blasensieden einsetzt. Mit 97°C ist die mittlere Kühlmitteltemperatur damit deutlich oberhalb der Thermostatöffnungstemperatur von 82°C. Im Vergleich zu bekannten Systemen mit el. beheiztem Thermostaten kommt aufgrund des wesentlich geringeren Kühlmitteldurchsatzes zur Anhebung der mittleren Kühlmitteltemperatur zusätzlich ein deutlich geringerer Wärmeübergangskoeffizient auf der Kühlwasserseite hinzu, so dass die effektive Bauteiltemperatur und insbesondere die Temperatur der Zylinderlaufbahn sogar teilweise etwas höher und damit reibleistungsgünstiger liegen. Mit anderen Worten, mit den Zusatzkosten für ein einfaches Zweiwegeventil 6bv, welches insbesondere auch sehr klein ist, da es nur den Bypassvolumenstrom und nicht den gesamten Kühlerstrom bewerkstelligen muss, kann nicht nur die Wirkung des el. beheizten Thermostaten erzielt werden, sondern sogar die Wirkung des aufwändigen Mehrwegeventils.If the coolant reaches the thermostat opening temperature of 82 ° C, the thermostat begins to open and keeps the engine inlet temperature at values close to 82 ° C, while the engine outlet temperature, in view of the still very low coolant flow rate of 2 l / min, for example, more and more towards the maximum permissible temperature of, for example, 115 ° C strives. Sections of the combustion chamber walls are already so warm that nucleate boiling begins locally in the water jacket. At 97 ° C, the mean coolant temperature is thus well above the thermostat opening temperature of 82 ° C. Compared to known systems with electrically heated thermostats, due to the significantly lower coolant throughput to increase the mean coolant temperature, there is also a significantly lower heat transfer coefficient on the cooling water side, so that the effective component temperature and in particular the temperature of the cylinder liner are sometimes even slightly higher and therefore more efficient in terms of friction . In other words, with the additional costs for a simple two-way valve 6bv, which is also very small in particular, since it only has to manage the bypass volume flow and not the entire cooler flow, not only the effect of the electrically heated thermostat can be achieved, but even the effect of the complex multi-way valve.

Mit Annäherung an die kritische Bauteil- bzw. Kühlmittelaustrittstemperatur wird der Bypassvolumenstrom gegebenenfalls nach und nach erhöht. Die Thermostataustrittstemperatur steigt dabei zunächst nur relativ wenig an, da sich relativ kaltes Kühlmittel aus dem Kühler mit heißem Kühlmittel aus dem Motoraustritt mischt. Die Steigerung des Kühlmitteldurchsatzes durch den Motor führt jedoch unmittelbar auf die in dieser Betriebsphase gewünschte Erhöhung des kühlwasserseitigen Wärmeübergangskoeffizienten.As the critical component or coolant outlet temperature approaches, the bypass volume flow is gradually increased, if necessary. The thermostat outlet temperature initially rises relatively little, since relatively cold coolant from the radiator mixes with hot coolant from the engine outlet. However, the increase in the coolant throughput through the engine leads directly to the increase in the heat transfer coefficient on the cooling water side, which is desired in this operating phase.

Bei hohem Kühlbedarf ist der Bypass zunächst völlig offen, d.h. das Kühlsystem ist identisch mit einem konventionellen Kühlsystem mit 82°C Thermostaten und auch entsprechend sicher.If there is a high cooling requirement, the bypass is initially completely open, i.e. the cooling system is identical to a conventional cooling system with 82 ° C thermostats and is correspondingly safe.

Ein potenzieller Ausfall des Bypassventils 6bv führt weder im geöffneten noch im geschlossenen Zustand auf ernsthafte Probleme, wenn die Motorsteuerung bei überhöhter Temperatur die Unterbindung bzw. die Reduktion des Durchflusses in den übrigen Zweigen des motorinternen Kühlkreislaufes aufhebt. Zur zusätzlichen Steigerung der Fail-Safe-Eigenschaften ist es jedoch besonders vorteilhaft, wenn ein Zusatzthermostat oder ein überlagertes Dehnstoffelement die el. Ansteuerung des Bypassventils übersteuert und den Bypasszweig bei zu hoher Kühlmitteltemperatur öffnet.A potential failure of the bypass valve 6bv does not lead to serious problems, neither in the open nor in the closed state, if the engine control removes the suppression or reduction of the flow in the other branches of the engine-internal cooling circuit at excessive temperatures. To further increase the fail-safe properties, however, it is particularly advantageous if an additional thermostat or a superimposed expansion element overrides the electronic control of the bypass valve and opens the bypass branch when the coolant temperature is too high.

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.Decisive for the fact that with the procedure according to the invention a fuel consumption advantage can also be realized in the upper temperature range, which e.g. corresponds to the consumption advantage of the electrically heated thermostat when the engine is at operating temperature, is the minimization of the total coolant throughput through the engine in the direction of the maximum permissible component and coolant temperatures.

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 Bypasssowie des Heizungs- und gegebenenfalls auch des Entlüftungskreislaufs von einem zentralen Mehrwegeventil gehandhabt wird.In the case of the cooling and heating systems for cars that can be found on the market today, this generally fails because the bypass branch is parallel 6b Several further branches are arranged, through which the flow occurs when the bypass is open as well as when the bypass is closed, and also when the vehicle radiator is open and closed. The only examples are the oil cooler and the cabin heater with air-side temperature control. Opening and closing the bypass valve here, without the changes according to the invention, only causes a relatively small bandwidth for the variation of the coolant mass flow through the engine in the range of, for example, 15 l / min to 75 l / min. This also causes a variation in the heat transfer coefficient and thus a slight increase in component temperatures, but much less than is aimed for during warm-up: there, volume flows of 0-2 l / min are more of interest. Last but not least, this problem has paved the way for the development in the direction of the electronic multi-way valve described at the beginning, in which not only the closing of the cooler circuit as required but also the bypass and the heating and possibly also the ventilation circuit is handled by a central multi-way valve becomes.

Demgegenüber schlägt die erfindungsgemäße Vorgehensweise 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 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.In contrast, the procedure according to the invention suggests, in particular for the heating and other parallel branches of the inner cooling circuit, not to use a complex multi-way valve, but to provide a simple two-way valve 6bv in the bypass branch and, if necessary, means external to the engine that allow the total coolant throughput through the engine by actuating the Adjust bypass valve 6bv down to very small values. This can be additional active actuators such as valves 15th but preferably inexpensive passive actuators such as high-performance heat exchangers 4th with increased pressure loss, which are specially dimensioned for low coolant throughputs. The use of the counter-flow design with minimized coolant line cross-sections, if necessary with a small additional electrical pump, is particularly suitable for cabin heating 2 .

Die Vorteile des geringen Kühlmitteldurchsatzes in der Warmlaufphase sind mit dem erfindungsgemäßen System genau so gut realisierbar wie mit dem aufwändigen Mehrwegeventil, 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.The advantages of the low coolant throughput in the warm-up phase can be realized just as well with the system according to the invention as with the complex multi-way valve, combined with significantly lower costs for the overall system. Of particular interest here is the possibility already described to also deliver the advantages of the function “Increase of the thermostat opening temperature in the partial load” without any additional costs. This would not be possible without the procedure according to the invention for providing a control range for the coolant flow through the engine down to values that are too small.

Ein Zahlenbeispiel soll dies für den Fall geringer Abwärme, d.h. geringer Kühlmitteldurchsatz durch den Fahrzeugkühler und Kühleraustrittstemperatur nahe Umgebungstemperatur von 25°C, noch einmal verdeutlichen. Bei einer ins Kühlwasser geförderten Wärmemenge von beispielsweise 4 kW, wie sie z.B. bei langsamer Fahrt im Stadtverkehr anfällt, ergibt sich bei einer Thermostatöffnungstemperatur von 82°C in etwa das folgende Bild: Bei 2 l/min durch den Motor: DT Wasser_Motor = 33 K T Motor_Austritt = 82 ° C + 33 K = 115 ° C T Wasser_Motor ,Mitter = 82 ° C + 33 / 2K = 98,5 ° C

Figure DE000010362350B3_0001
A numerical example should make this clear again for the case of low waste heat, ie low coolant throughput through the vehicle radiator and radiator outlet temperature close to the ambient temperature of 25 ° C. For example, if the amount of heat pumped into the cooling water is 4 kW, as is the case when driving slowly in city traffic, the following picture arises at a thermostat opening temperature of 82 ° C: At 2 l / min by the engine: DT Water_engine = 33 K T Motor_output = 82 ° C. + 33 K = 115 ° C. T Water_engine , Mitter = 82 ° C. + 33 / 2K = 98.5 ° C.
Figure DE000010362350B3_0001

Bei 15 l/min durch den Motor: DT Wasser_Motor = 4,4 K T Motor_Austritt = 82 ° C + 4,4 K = 86,4 ° C T Wasser_Motor ,Mitter = 82 ° C + 4,4 / 2K = 84,2 ° C

Figure DE000010362350B3_0002
At 15 l / min through the engine: DT Water_engine = 4.4 K T Motor_output = 82 ° C. + 4.4 K = 86.4 ° C. T Water_engine , Mitter = 82 ° C. + 4.4 / 2K = 84.2 ° C.
Figure DE000010362350B3_0002

Hiermit wird deutlich, wie wichtig die erfindungsgemäße Minimierung der Kühlmittelströme im Kabinenwärmetauscher bzw. Ölkühler ist: Ein Regelbereich des Gesamtkühlmittelmassenstroms durch den Motor mittels des Bypasszweigs 6b von 15-75 l/min ist vor diesem Hintergrund nicht zielführend. Dies gilt bei Beibehaltung des serientypischen Thermostaten mit 82°C Öffnungstemperatur ab Erreichen der Thermostatöffnungstemperatur und erst recht in der Frühphase des Warmlaufs.This makes it clear how important the inventive minimization of the coolant flows in the cabin heat exchanger or oil cooler is: A control range of the total coolant mass flow through the engine by means of the bypass branch 6b from 15-75 l / min is not expedient against this background. This applies if the series-typical thermostat with an opening temperature of 82 ° C is retained from the time the thermostat opening temperature is reached and especially in the early phase of warm-up.

Zu dem exemplarisch gezeigten Abfall der erreichten mittleren Kühlmitteltemperatur von 98,5°C auf 84,2°C addiert sich bei 15 l/min Kühlmitteldurchsatz als weiterer Nachteil bezüglich der Bauteiltemperaturanhebung in der Teillast der höhere Wärmeübergangskoeffizient und eine - wenn auch nur geringfügig - erhöhte Antriebsleistung der Motorpumpe 7.In addition to the drop in average coolant temperature from 98.5 ° C to 84.2 ° C shown as an example, at a coolant throughput of 15 l / min, a further disadvantage with regard to the component temperature increase in the partial load is the higher heat transfer coefficient and an - even if only slightly - increased Drive power of the motor pump 7th .

Dabei ist es grundsätzlich nicht neu, in der Teillast bis zum Erreichen der Thermostatöffnungstemperatur mit Kühlmittelvolumenströmen unterhalb von 15 l/min zu arbeiten, um Kraftstoff zu sparen. Neu ist es hingegen, dies mit einem einzigen Zweiwegeventil 6bv zu bewerkstelligen und neu ist es, oberhalb der üblichen Thermostatöffnungstemperatur von beispielsweise 82°C die gleichen oder gar bessere Kraftstoffverbrauchsvorteile zu erzielen als mit einem elektrisch beheizten Thermostaten mit der Option der Verstellung der Thermostatöffnungstemperatur von beispielsweise 82°C auf 102°C.It is basically not new to work with coolant flow rates below 15 l / min at partial load until the thermostat opening temperature is reached in order to save fuel. What is new, however, is to accomplish this with a single two-way valve 6bv and what is new is to achieve the same or even better fuel consumption advantages above the usual thermostat opening temperature of, for example, 82 ° C than with an electrically heated thermostat with the option of adjusting the thermostat opening temperature of, for example 82 ° C to 102 ° C.

Darüber hinaus stellt eine besonders zu bevorzugende Variante unter Ausnutzung des Kabinenwärmetauschers und/oder des Ölkühlers als Wärmesenke sicher, dass der Fahrzeugkühler 8 wirklich erst zugeschaltet wird, wenn dies unumgänglich ist. Damit ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise insbesondere mit dem Blick auf den Ganzjahresbetrieb von besonderer Bedeutung, wo i.a. eine Starttemperatur deutlich unter 25°C vorliegt und somit das Öl vielfach erst nach sehr langer Fahrdauer die Kühlmitteltemperatur erreicht und wo i.a. auch Heizleistung entnommen wird. Ohne die erfindungsgemäße Minimierung des Gesamtkühlwassermassenstroms durch den Motor auf einige wenige l/min würde z.B. ein Kühlwassermassenstrom von 15 l/min im Heizungskreislauf vielfach zwangsläufig dazu führen, dass der Thermostat bei etwas oberhalb von 82°C öffnet.In addition, a particularly preferred variant using the cabin heat exchanger and / or the oil cooler as a heat sink ensures that the vehicle cooler 8th is really only switched on when this is unavoidable. The procedure according to the invention is therefore of particular importance with a view to year-round operation, where there is generally a starting temperature well below 25 ° C and thus the oil often only reaches the coolant temperature after a very long period of driving and where heating power is also generally taken. Without the inventive minimization of the total cooling water mass flow through the engine to a few l / min, for example, a cooling water mass flow of 15 l / min in the heating circuit would inevitably lead to the thermostat opening at a little above 82 ° C.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise erlaubt es somit, auf den el. beheizten Thermostaten oder gar das frei ansteuerbare Mehrwegeventil zu verzichten und dennoch die Potenziale bezüglich Kraftstoffverbrauch und Emission weitgehend auszunutzen, die sich aus der gezielten Erhöhung der Bauteiltemperatur im Warmlauf und im Warmbetrieb erzielen lassen. Hinzu kommen nicht zu vernachlässigende Vorteile aus der Einsparung an Pumpenantriebsleistung in allen Betriebssituationen mit reduziertem Bypassvolumenstrom und ganz oder teilweise geschlossenen Thermostaten. Die erhöhten Druckverluste durch die Drosselung des Kühlmitteldurchsatzes durch den Motor werden dabei durch den geringeren Kühlmitteldurchsatz überkompensiert.The procedure according to the invention thus makes it possible to dispense with the electrically heated thermostat or even the freely controllable multi-way valve and still largely exploit the potentials in terms of fuel consumption and emissions that can be achieved from the targeted increase in the component temperature during warming up and warming up. In addition, there are not negligible advantages from the savings in pump drive power in all operating situations with reduced bypass volume flow and fully or partially closed thermostats. The increased pressure losses due to the throttling of the coolant throughput through the engine are overcompensated by the lower coolant throughput.

Dies kann das el. Mehrwegeventil zwar prinzipiell auch liefern, ohne die erfindungsgemäße Anpassung des Heizkreislaufs jedoch mit erheblichen Einschränkungen bezüglich der Potenzialausnutzung im Ganzjahresbetrieb.The electronic multi-way valve can in principle also deliver this, but without the inventive adaptation of the heating circuit, however, with considerable restrictions with regard to the utilization of potential in year-round operation.

Der el. Thermostat kann derartige Vorteile bezüglich der Pumpenantriebsleistung, die insbesondere bei jeder Fahrt von Anfang an wirksam sind, nicht liefern.The electronic thermostat cannot provide such advantages with regard to the pump drive power, which are particularly effective from the start on every journey.

Die Kostenvorteile der erfindungsgemäßen Vorgehensweise sind vor diesem Hintergrund erheblich.Against this background, the cost advantages of the procedure according to the invention are considerable.

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. 1 shows a particularly advantageous embodiment of an engine and vehicle cooling system for carrying out the method according to the invention, taking into account, by way of example, measurement and control lines that are important for controlling the coolant throughput according to the method 20a-20d of the engine control unit 20th .

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.The coolant is according to 1 through the engine cooling water pump 7th by the engine 1 promoted. The coolant flows from the engine outlet in a first circuit 9a to the water tank 9 and then over the thermostat 6th back to the engine 1 . This branch is used for ventilation and degassing and, in order to minimize heat losses during warm-up and for reliable degassing, in particular contains a throttle point (not shown) for reducing the coolant throughput to values close to zero at low engine speeds. Alternatively, instead of the throttle point, a two-way valve can carry out even more precise control or temporary shutdown during warm-up.

Ein zweiter Zweig des Kühlsystems geht über die Leitung 6a und den FahrzeugKühler 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 hält 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.A second branch of the cooling system goes over the pipe 6a and the vehicle radiator 8th to the thermostat 6th or by means of the motor control cable 20d switchable bypass branch 6b with switching valve 6bv directly to the thermostat 6th . The thermostat 6th can be a double-acting thermostat that automatically closes the bypass when the cooler circuit is fully open, or a single-acting thermostat that is always within the thermostat for the bypass branch 6b is open. The line of the branch 6b can optionally also be used for the return of the heating circuit with the single-acting thermostat 4a be directed. The thermostat opens at a certain operating temperature 6th the radiator branch 6a more and more and keeps the coolant inlet temperature to the engine almost constant. If the radiator branch is largely open and there is a high cooling requirement, it may be advantageous, depending on the engine and radiator variant, if the bypass valve 6bv is closed; in the case of a double-acting thermostat, the bypass branch is closed 6b inside the thermostat 6th with the thermostat fully open 6th necessarily closed, detached from the selected position of the el. bypass valve 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.Next to the branches 6a , 6b , and 9a the branch is used to cool the engine or vent the cooling system 4a the heating of the vehicle cabin. The coolant is supplied by the electronic auxiliary pump 2 via one from the engine control 20th controllable flow control valve 15th to the cabin heat exchanger 4th and then back to the thermostat 6th promoted.

Wahlweise genügt es auch, die Durchflussregelung der Heizung mittels eines Durchflussbegrenzungsventils 15 und/oder mittels erhöhter Druckverluste im Heizungszweig 4a vorzunehmen.Optionally, it is also sufficient to regulate the flow of the heating by means of a flow limiting valve 15th and / or by means of increased pressure losses in the heating branch 4a to undertake.

Noch einfacher und besonders effizient bezüglich einer schnellen Kabinenerwärmung 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.The design of the system is even simpler and particularly efficient with regard to rapid cabin heating 1 if a special high-performance cabin heat exchanger 4th and a gear pump 2 is used with an adjustable volume flow of 0-2 l / min. A sufficiently small and sufficiently precisely meterable volume flow is then problem-free without the valve 15th realizable.

Im Heizbetrieb wird der Kühlmittelvolumenstrom zumindest bei kaltem Motor bzw. bei Wärmedefizit ganz bewusst auf geringe Werte von beispielsweise nur 2 l/min eingestellt, indem u.a. die Leitungsquerschnitte im Heizzweig 4a anstelle der üblichen 16-22 mm Innendurchmesser nur 4-6 mm Innendurchmesser aufweisen, und wobei der Bypasszweig 6b und der Kühlerzweig 6a bei Heizleistungsdefizit geschlossen sind. Der Kabinenwärmetauscher ist ebenfalls auf einen relativ hohen Druckverlust ausgelegt, um in den einzelnen Wärmeübertragungsrohren hohe Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmittels und einen guten Wärmeübergang zu erzielen. Bevorzugt kommt hier im Gegensatz zur PKW-typischen Kreuzstromwärmetauscherbauart die Gegenstrombauweise zum Einsatz, die üblicherweise ohnehin einen größeren wasserseitigen Druckverlust aufweist.In heating mode, the coolant volume flow is deliberately set to low values of, for example, only 2 l / min, at least when the engine is cold or when there is a heat deficit, by including the line cross-sections in the heating branch 4a instead of the usual 16-22 mm inner diameter only have 4-6 mm inner diameter, and the bypass branch 6b and the radiator branch 6a are closed in the event of a heating deficit. The cabin heat exchanger is also designed for a relatively high pressure loss in order to achieve high flow rates of the coolant and good heat transfer in the individual heat transfer tubes. In contrast to the cross-flow heat exchanger design typical of cars, the counter-flow design is preferably used, which usually has a greater water-side pressure loss anyway.

Durch den Einbau der elektrischen Zusatzpumpe 2, die im Gegensatz zu den bei der Fahrzeugkühlung üblichen Kreiselpumpen besonders vorteilhaft als Membran-, Kolben- oder Zahnradpumpe ausgeführt ist, ergibt sich im Heizkreislauf in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Auslegung des Kabinenwärmetauschers und der Kühlmittelleitungen auf einen sehr geringen Kühlmittelvolumenstrom und hohe Druckverluste ein weitgehend von der Motordrehzahl unabhängiger Kühlmitteldurchsatz. An diesem Sachverhalt ist nicht zuletzt die Tatsache beteiligt, dass für das Kühlsystem heutiger Verbrennungsmotoren üblicherweise ein möglichst moderater Druck- und Leistungsbedarf der motorseitigen Kühlmittelpumpe 7 angestrebt wird. Die Druckdifferenzen in den übrigen Zweigen sind daher klein im Vergleich zu den Werten bei der spezifischen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Variante. Beim Einsatz beispielsweise einer Zahnradpumpe als Zusatzpumpe 2 wird daher der Durchfluss durch den Kabinenwärmetauscher in erster Näherung durch die elektrische Leistung der Zahnradpumpe 2 bestimmt und nicht von der Motorpumpe 7. Ein derart ausgestaltetes Gesamtsystem führt im Vergleich zu heutigen Kühl- und Heizsystemen bereits ohne zusätzliche Maßnahmen zur künstlichen Erhöhung der Motorabwärme zu einer dramatischen Verbesserung der Kabinenheizleistung. Die hier genutzten physikalischen Wirkmechanismen bezüglich der effektiven wärmeaktiven Massen wurden bereits eingehend beschrieben.By installing the additional electrical pump 2 which, in contrast to the centrifugal pumps commonly used in vehicle cooling, is particularly advantageously designed as a diaphragm, piston or gear pump, In connection with the design according to the invention of the cabin heat exchanger and the coolant lines for a very low coolant volume flow and high pressure losses, the result in the heating circuit is a coolant throughput that is largely independent of the engine speed. The fact that for the cooling system of today's internal combustion engines usually a pressure and power requirement of the engine-side coolant pump that is as moderate as possible is involved in this fact 7th is strived for. The pressure differences in the other branches are therefore small compared to the values in the specific embodiment of the variant according to the invention. When using, for example, a gear pump as an additional pump 2 Therefore, the flow through the cabin heat exchanger is in a first approximation due to the electrical power of the gear pump 2 determined and not by the motor pump 7th . Compared to today's cooling and heating systems, an overall system designed in this way leads to a dramatic improvement in the cabin heating capacity even without additional measures to artificially increase the waste heat from the engine. The physical mechanisms of action used here with regard to the effective heat-active masses have already been described in detail.

Neben den Vorteilen bezüglich Heizwirkung und schneller Motorerwärmung, die neben einem verbesserten Komfort speziell im Winter auf erhebliche Kraftstoffeinsparungen führen, bietet gerade das System gemäß 1 die Möglichkeit, den Kühlmittelvolumenstrom im Heizkreislauf und somit den Gesamtvolumenstrom durch den Motor so gering einzustellen, dass es bei entsprechender Wärmeentnahme am Kabinenwärmetauscher 4 und geschlossenem Bypasszweig 6b nicht zu einem Öffnen des Thermostaten 6 kommt.In addition to the advantages in terms of heating effect and faster engine warming, which in addition to improved comfort, especially in winter, lead to considerable fuel savings, the system in particular offers according to 1 the possibility of setting the coolant volume flow in the heating circuit and thus the total volume flow through the engine so low that there is a corresponding heat extraction at the cabin heat exchanger 4th and closed bypass branch 6b not to open the thermostat 6th comes.

Bei geringer Motorlast und sehr hoher Wärmeentnahme für die Kabine ist es bei heutigen PKW-Dieselmotoren auch bei den üblichen Kühlmittelströmen durch den Kabinenwärmetauscher bereits heute recht häufig der Fall, dass die Kühlmitteltemperatur deutlich unter der Thermostatöffnungstemperatur liegt. Allerdings stellt sich hier dieser Zustand angesichts der vergleichsweise hohen Kühlmitteldurchflüsse durch den Motor bzw. den Kabinenwärmetauscher deshalb ein, weil die Abwärme ohnehin kaum für die Heizung ausreicht und die Kühlmitteltemperatur am Motoraustritt bereits unter der Thermostatöffnungstemperatur liegt und nicht wegen eines gezielt auf sehr geringe Werte eingestellten Kühlmitteldurchflusses durch den Motor und die zugehörige(n) Wärmesenke(n).With low engine load and very high heat extraction for the cabin, with today's passenger car diesel engines, even with the usual coolant flows through the cabin heat exchanger, it is already quite often the case that the coolant temperature is well below the thermostat opening temperature. However, in view of the comparatively high coolant flows through the engine or the cabin heat exchanger, this state occurs here because the waste heat is hardly sufficient for the heating anyway and the coolant temperature at the engine outlet is already below the thermostat opening temperature and not because of a set value specifically to very low values Coolant flow through the engine and the associated heat sink (s).

Mit dem erfindungsgemäßen System hingegen wird die oben beschriebene Situation, mit heißem Kühlmittel am Motoraustritt und dennoch geschlossenem Thermostaten, gezielt und zusätzlich auch bei erhöhtem Abwärmeangebot bzw. geringer Wärmeentnahme für die Kabine ganz bewusst herbeigeführt, indem die Motorsteuerung über das Bypassventil 6bv den Gesamtkühlmitteldurchsatz durch den Motor begrenzt.With the system according to the invention, on the other hand, the situation described above, with hot coolant at the engine outlet and still closed thermostat, is deliberately brought about in a targeted manner and also with increased waste heat supply or low heat extraction for the cabin by the engine control via the bypass valve 6bv through the total coolant throughput Motor limited.

Bei Lastwechsel und erhöhtem Kühlbedarf öffnet die Motorsteuerung den Bypasszweig 6b und verbessert somit zeitgleich die Kühlwirkung über den besseren Wärmeübergangskoeffizienten bei höherer Strömungsgeschwindigkeit. Die maximale Kühlmitteltemperatur sinkt, die mittlere Kühlmitteltemperatur steigt leicht an und die mittlere Bauteiltemperatur fällt. Gleichzeitig dominiert der hohe Kühlmittelzufluss aus dem Bypasszweig mit relativ warmem Kühlmittel über den zunächst noch relativ geringen Kühlmittelzufluss aus allen übrigen Zweigen und führt bei Bedarf zu einem sehr schnellen Öffnen des Thermostaten. Die Zeitkonstante der Motorkühlwirkung ist dabei wesentlich besser als beim el. beheizten Thermostaten, da das Bypassventil ohne Zeitversatz öffnet und eine erste motorinterne Abkühlung unmittelbar bei Einleiten der Lasterhöhung vornimmt. Die geringere Öffnungstemperatur von 82°C - relativ zu beispielsweise 102°C beim el. beheizten Thermostaten - erhöht die Sicherheitsreserven und stellt eine mehr als ausreichende Temperaturdifferenz zwischen Dehnstoffelement und Kühlmittel dar, um zum Zeitpunkt des Öffnens des Bypasses in Verbindung mit dem vergleichsweise warmen Kühlmittel am Motoraustritt die erforderliche Wärmezufuhr für ein schnelles Öffnen des Thermostaten sicherzustellen.In the event of load changes and increased cooling requirements, the motor control opens the bypass branch 6b and thus at the same time improves the cooling effect via the better heat transfer coefficient at higher flow rates. The maximum coolant temperature falls, the mean coolant temperature increases slightly and the mean component temperature falls. At the same time, the high coolant inflow from the bypass branch with relatively warm coolant dominates over the initially still relatively low coolant inflow from all other branches and, if necessary, leads to the thermostat opening very quickly. The time constant of the engine cooling effect is significantly better than with the electrically heated thermostat, since the bypass valve opens without a time delay and performs a first internal engine cooling immediately when the load increase is initiated. The lower opening temperature of 82 ° C - relative to, for example, 102 ° C for the electrically heated thermostat - increases the safety reserves and represents a more than sufficient temperature difference between the expansion element and the coolant to be in contact with the comparatively warm coolant at the time the bypass is opened ensure the necessary heat supply for a quick opening of the thermostat at the motor outlet.

Mit geöffnetem Thermostaten und geöffnetem Bypass ergibt sich dann ein weitgehend konventionelles Kühlsystem mit dem aus millionenfacher Serienanwendung bekannten Betriebsverhalten.With the thermostat and bypass open, the result is a largely conventional cooling system with the operating behavior known from millions of series applications.

Bei Betrieb ohne Heizung übernimmt der Kühler die Funktion des Heizungswärmetauschers als Wärmesenke. Da auch hier der Kühlmitteldurchfluss bei Teillastfahrt normalerweise sehr gering ist, ist die Wirkung ganz analog wie oben beschrieben.When operated without heating, the cooler takes on the function of the heating heat exchanger as a heat sink. Since the coolant flow is usually very low here too when driving at part load, the effect is exactly the same as described above.

Im Gegensatz zu bekannten Lösungen mit Mehrwegeventil, bei denen i.a. ein Schrittmotor die verschiedenen Drehpositionen eines Drehschieberventils anfährt, insbesondere für Heißkühlung, maximale Kühlwirkung und maximale Heizwirkung, hat die erfindungsgemäße Ausgestaltung insbesondere den Vorteil, dass die Heizung, der Bypass und teilweise auch die Öffnung des Thermostaten von einander entkoppelt angesteuert werden können. Dies erhöht nicht nur den Variationsspielraum zur Maximierung der Vorteile der Wärmemanagementmaßnahmen sondern erleichtert insbesondere die Ansteuerung für einen sicheren Sommer- und Winterbetrieb erheblich.In contrast to known solutions with multi-way valves, in which a stepper motor generally moves to the various rotary positions of a rotary slide valve, in particular for hot cooling, maximum cooling effect and maximum heating effect, the design according to the invention has the particular advantage that the heating, the bypass and, in some cases, also the opening of the Thermostats can be controlled decoupled from each other. This not only increases the room for maneuver to maximize the benefits of the Thermal management measures, in particular, make the control for safe summer and winter operation considerably easier.

Eine besonders effektive Regelung ergibt sich in diesem Zusammenhang insbesondere mit einem geringen Basiskühlmitteldurchsatz durch den Kabinenwärmetauscher von beispielsweise 0-2 l/min: Egal ob Sommer- oder Winterbetrieb bzw. hohe, geringe oder gar keine Wärmeentnahme am Kabinenwärmetauscher die hohe Variationsbreite des Kühlmitteldurchsatzes durch den Bypass von beispielsweise 0-50 l/min und die frei wählbare und schnellwirksame Ansteuerbarkeit des Bypassventils 6bv macht eine Unterscheidung zwischen Sommer- und Winterbetrieb in Bezug auf die Sicherheit und die Effizienz der Kühlung weitgehend unnötig, solange nur ein geeigneter Sensor die Motorbetriebstemperatur sicher erfasst.A particularly effective control results in this context, in particular with a low basic coolant throughput through the cabin heat exchanger of, for example, 0-2 l / min: Regardless of whether it is summer or winter operation or high, little or no heat extraction at the cabin heat exchanger, the wide range of variations in the coolant throughput through the Bypass of 0-50 l / min, for example, and the freely selectable and quickly effective controllability of the bypass valve 6bv makes a distinction between summer and winter operation largely unnecessary with regard to the safety and efficiency of the cooling, as long as a suitable sensor reliably records the engine operating temperature.

Herkömmliche Systeme, welche im Winter mit hohem Kühlmittelmassenstrom durch den Heizungswärmetauscher - heute serienübliche Werte liegen bei etwa15 l/min bei Drehzahlen des Antriebsmotors von 1500 1/min - arbeiten, benötigen zur Umsetzung dieser Variationsbreite des motorinternen Kühlmitteldurchsatzes u.a. eine Abschaltvorrichtung des Heizkreislaufs im Sommer bzw. bei moderatem Heizleistungsbedarf.Conventional systems, which work with a high coolant mass flow through the heating heat exchanger in winter - today standard values are around 15 l / min at speeds of the drive motor of 1500 1 / min - require, among other things, a switch-off device for the heating circuit in summer or in order to implement this range of variation in the engine-internal coolant flow rate with moderate heating requirements.

Selbst bei einfacher ein/aus Schaltfunktion der el. Pumpe 2 hat das erfindungsgemäße System gemäß 1 hier erheblich mehr Freiheitsgrade. Insbesondere kann auch bei Wärmeentnahme für die Kabine noch das Potenzial bezüglich der Einsparung an Antriebsleistung für die motorseitige Kühlmittelpumpe weitgehend ausgenutzt werden.Even with a simple on / off switching function of the electric pump 2 has the system according to the invention according to 1 here considerably more degrees of freedom. In particular, the potential for saving drive power for the engine-side coolant pump can still be largely exploited when heat is extracted for the cabin.

Ein einfaches Abstellen der el. Pumpe bei kaltem Motor bei gleichzeitigem Schließen des Bypassventils 6bv in den ersten Minuten des Warmlaufs liefert darüber hinaus bei Betrieb ohne Heizung bzw. im gesetzlichen Abgastest neben der Erhöhung der Motorbauteiltemperaturen eine zusätzliche Kraftstoffeinsparung durch das Einsparen an Pumpenantriebsleistung der Motorpumpe 7.Simply switching off the electric pump when the engine is cold and at the same time closing the bypass valve 6bv in the first few minutes of warm-up also provides additional fuel savings in addition to increasing the engine component temperatures by saving the pump drive power of the engine pump when operating without heating or in the statutory emissions test 7th .

Die praktische Umsetzung dieser Abschaltung ist mit dem bereits beschriebenen Drehschieberventil zwar durchaus realisierbar, doch insbesondere auf Kompromisse angewiesen, die wahlweise die maximale winterliche Heizung ermöglichen, dann aber nicht die optimale Kraftstoffeinsparung zulassen oder umgekehrt.The practical implementation of this shutdown is indeed feasible with the rotary slide valve already described, but it is particularly dependent on compromises that optionally enable maximum winter heating, but then do not allow optimal fuel savings or vice versa.

Eine Veröffentlichung eines namhaften Systemlieferanten für Heiz- und Kühlsysteme auf der Tagung „Wärmemanagement des Kraftfahrzeugs“ im September 2002 beschreibt in diesem Zusammenhang die heute noch übliche Ansteuerstrategie eines derartigen Mehrwegeventils in Bezug auf die Heizung und preist als wichtigen Vorteil an, dass das System ermöglicht, bei Heizleistungsdefizit mittels eines sehr hohen Kühlmittelmassenstroms durch den Heizungswärmetauscher eine verbesserte Kabinenheizwirkung in der Teillast und im Leerlauf zu erzielen.A publication by a well-known system supplier for heating and cooling systems at the "Thermal Management of Motor Vehicles" conference in September 2002 describes in this context the still common control strategy of such a multi-way valve with regard to heating and praises the important advantage that the system enables to achieve an improved cabin heating effect in partial load and idling in the event of a heating power deficit by means of a very high coolant mass flow through the heating heat exchanger.

Insbesondere wird bei derartigen Drehventilen i.a. der motorseitige Bypass ventilintern geschlossen, so dass sich der Kühlmittelmassenstrom durch den Heizungswärmetauscher z.B. auf Werte von 15 I/min oder mehr im Leerlauf erhöht, verbunden mit einer Wirkungsgradverbesserung des Kabinenwärmetauschers selbst. Damit ist sogleich bei einer ganzen Reihe von Betriebssituationen mit kalten wie mit warmem Motor die Möglichkeit verstellt, mittels eines möglichst geringen Kühlmittelmassenstroms von beispielsweise 2 l/min durch den Motor und gleicher Heizwirkung die Motorbauteiltemperatur anzuheben und somit Kraftstoff zu sparen. Die Anordnung gemäß 1 mit Hochleistungswärmetauscher 4, insbesondere mit einem Durchflussbereich von 0-2 l/min, verstellt diese Möglichkeit nicht. Dabei ermöglicht das frei ansteuerbare Bypassventil 6bv bei identischer Heizleistung nicht nur weitgehend die gleichen Motorbetriebszustände wie die Variante mit hohem Kühlmitteldurchsatz durch den Kabinenwärmetauscher sondern erweitert den Variationsbereich hin zu sehr kleinen und auch hin zu sehr großen Kühlmitteldurchsätzen durch den Motor, ohne Verlust an Heizkomfort. Entsprechende Kraftstoffeinsparungen sind bei voller Ausnutzung dieses Potenzials die Folge.In particular, with rotary valves of this type, the engine-side bypass is generally closed within the valve, so that the coolant mass flow through the heating heat exchanger increases, for example, to values of 15 l / min or more when idling, combined with an improvement in the efficiency of the cabin heat exchanger itself Operating situations with both cold and warm engines, the possibility of raising the engine component temperature and thus saving fuel by means of the lowest possible coolant mass flow of, for example, 2 l / min through the engine and the same heating effect, is blocked. The arrangement according to 1 with high-performance heat exchanger 4th , especially with a flow range of 0-2 l / min, does not change this option. The freely controllable bypass valve 6bv not only enables largely the same engine operating states as the variant with a high coolant throughput through the cabin heat exchanger, but also extends the range of variation to very small and also to very large coolant throughputs through the engine, without loss of heating comfort. Corresponding fuel savings are the result if this potential is fully exploited.

Bereits ohne die zusätzliche Berücksichtigung der Tatsache, dass bei zukünftigen Heizsystemen speziell bei Heizleistungsdefizit ohnehin mit Spezialheizungswärmetauschern und mit möglichst geringen Kühlmitteldurchsätzen durch den Heizungswärmetauscher gearbeitet werden wird, ist das erfindungsgemäße System besonders vorteilhaft. Insbesondere die freie Wahl des Bypassdurchsatzes im Zweig 6b und die zusätzliche Option den Heizungswärmetauscherdurchsatz ebenfalls frei zu wählen, eröffnet darüber hinaus die Möglichkeit, die Kabinentemperaturregelung kostenneutral wasserseitig vorzunehmen. Die Vorteile bezüglich des Package im Heizgerät sind bei wasserseitiger Kabinentemperaturregelung erheblich. Ebenso sind die Möglichkeiten bezüglich der Abschaltung des Kühlmitteldurchsatzes durch den Heizungswärmetauscher bei luftseitiger Kabinentemperaturregelung sehr vorteilhaft. The system according to the invention is particularly advantageous even without the additional consideration of the fact that in future heating systems, especially if there is a heating power deficit, special heating heat exchangers and the lowest possible coolant flow rates through the heating heat exchanger will be used. In particular, the free choice of the bypass throughput in the branch 6b and the additional option of freely selecting the heating heat exchanger throughput also opens up the possibility of controlling the cabin temperature on the water side at no cost. The advantages with regard to the package in the heater are considerable with cabin temperature control on the water side. Likewise, the options for switching off the coolant throughput through the heating heat exchanger with air-side cabin temperature control are very advantageous.

Noch wichtiger ist es in diesem Zusammenhang, dass im Gegensatz zu heutigen Regelstrategien der Kühlmitteldurchsatz durch den Kabinenwärmetauscher in Zukunft nicht nur wesentlich geringer sein wird als heute üblich, um die effektive wärmeaktiven Masse im Heizkreislauf zu minimieren und dass darüber hinaus in manchen Betriebssituationen der Kühlmitteldurchsatz durch den Kabinenwärmetauscher zur Verbesserung der Heizwirkung nicht erhöht sondern reduziert wird. Die Erhöhung der Vorlauftemperatur des Kühlmittelwärmetauschers mittels der Durchflussreduktion durch den Motor oder/und die übrigen motorexternen Wärmequellen im Heizungswärmetauschervorlauf überkompensiert bei diesen Systemen die Sensitivität des Heizungswärmetauschers auf den Kühlmitteldurchsatz. Nicht zuletzt die Realisierung dieser Zusatzmaßnahme, d.h. zumindest in manchen Betriebspunkten Erhöhung der Kabinenheizwirkung mittels einer Reduktion des Kühlmitteldurchsatzes durch den Heizungswärmetauscher anstelle mittels der üblichen Erhöhung, erfordert zusätzlichen Aufwand am Design, der Regelstrategie und der fahrzeugspezifischen Abstimmung des im Wettbewerb mit dem erfindungsgemäßen System stehenden Drehschieberventils. Insbesondere das Zusammenspiel der 3 Zweige Heizung, Bypass und Kühler unter Verwendung nur eines Schrittmotors für den Drehwinkel stellt bereits ohne diese Anforderung bezüglich des Heizbetriebs erhebliche Anforderungen an die Stellgenauigkeit und Regelgüte.
Darüber hinaus erhöht sich der Aufwand und das Fehlerrisiko für die Abstimmung des Gesamtsystems auf maximale Kraftstoffeinsparung, da für Sommer- und Winterbetrieb ganz unterschiedliche Variationsbereiche für den Kühlmitteldurchfluss durch den Motor vorliegen.
In this context, it is even more important that, in contrast to today's control strategies, the coolant throughput through the cabin heat exchanger will not only be significantly lower in the future than is usual today in order to minimize the effective heat-active mass in the heating circuit and that, in some operating situations, the coolant throughput through the cabin heat exchanger is not increased but reduced to improve the heating effect. The increase in the flow temperature of the coolant heat exchanger by means of the flow reduction through the engine and / or the other heat sources external to the engine in the heating system heat exchanger flow overcompensates the sensitivity of the heating system to the coolant throughput in these systems. Last but not least, the implementation of this additional measure, i.e. increasing the cabin heating effect at least in some operating points by reducing the coolant throughput through the heating heat exchanger instead of the usual increase, requires additional effort in terms of design, the control strategy and the vehicle-specific coordination of the rotary slide valve, which is in competition with the system according to the invention . In particular, the interaction of the 3 branches of heating, bypass and cooler using only one stepper motor for the angle of rotation makes considerable demands on the positioning accuracy and control quality even without this requirement with regard to the heating operation.
In addition, the effort and the risk of errors for coordinating the overall system for maximum fuel savings increases, since there are very different ranges of variation for the coolant flow through the engine for summer and winter operation.

Neben der Einflussnahme auf die Heizung ist die Verhinderung bzw. Begrenzung des Kühlmitteldurchflusses durch den Kühler für Otto- wie für Dieselmotoren vorteilhaft, um bei Teillast die Wärmeenergie im System zu halten und erhöhte Bauteiltemperaturen zu ermöglichen. Dabei bietet das erfindungsgemäße System grundsätzlich zumindest die gleichen Kraftstoffeinsparpotenziale wie die wesentlich teurere Lösung mit dem el. Mehrwege- bzw. Drehschieberventil als Thermostatersatz und ein deutlich besseres Kraftstoffeinsparpotenzial als der el. beheizbare Thermostat alleine. Die Vorteile des Gegenstromkabinenwärmetauschers und der kleinen Kühlmittelleitungsquerschnitte sind dabei durchaus auch mit dem Mehrwegeventil nutzbar, allerdings fällt die Kosten-Nutzen-Bilanz dann wieder schlechter aus als mit dem Zweiwegeventil im Bypasszweig 6b.In addition to influencing the heating, preventing or limiting the coolant flow through the cooler is advantageous for both gasoline and diesel engines in order to keep the thermal energy in the system at partial load and to enable increased component temperatures. The system according to the invention basically offers at least the same fuel-saving potential as the much more expensive solution with the electronic multi-way or rotary slide valve as a thermostat replacement and a significantly better fuel-saving potential than the electrically heated thermostat alone. The advantages of the counter-flow cabin heat exchanger and the small coolant line cross-sections can also be used with the multi-way valve, but the cost-benefit balance is then worse than with the two-way valve in the bypass branch 6b .

Eine Kosten-Nutzen-Bilanz zeigt darüber hinaus, dass die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Verbindung mit einer kleinen el. Pumpe, insbesondere einer regelbaren Pumpe mit einem Regelbereich von 0-2l/min und einer Stromaufnahme von weniger als 2A, und eines Gegenstromwärmetauschers mit Kühlmittelleitungen von 6 mm Innendurchmesser und darunter bereits deshalb ganz besonders vorteilhaft ist, weil u.a.

  • • die winterliche Heizleistung dramatisch besser wird und die Kosten und der Kraftstoffmehrverbrauch für potenzielle el. Zuheizungen entfallen,
  • • das Package der Schlauchleitungen einfacher wird und angesichts der geringen Biegeradien die Kühlmittelleitungen der Heizung als Meterware von der Rolle bezogen werden können anstelle der Verwendung motor- und fahrzeugspezifischer Maßanfertigungen,
  • • die regelbare Pumpe, z.B. als Zahnradpumpe oder als Impellerpumpe mit federbelastetem Ventil ausgebildet, im gesetzlichen Abgastest und bei sommerlichem AC-Betrieb ähnlich wirkt wie ein Abschaltventil im Heizkreislauf,
  • • die Kühlmittelpumpe des Motors kleiner gewählt werden kann, da keine künstliche Drosselung am Thermostaten erforderlich ist, um die Kühlmitteldurchflusskriterien des Heizungswärmetauschers bei geöffnetem und geschlossenem Thermostaten zu erfüllen (Hieran ist u.a. zusätzlich eine leicht erhöhte Maximalleistung des Motors und ein verbesserter Kraftstoffverbrauch in allen Drehzahlpunkten mit erhöhter Motordrehzahl gekoppelt sowie eine reduzierte Kavitationsgefahr),
  • • potenzielle Hot Soak Probleme mit der kleinen el. Zusatzpumpe gehandhabt werden können und somit näher an die physikalischen Grenzen gegangen werden kann,
  • • ein zusätzlicher Kundennutzen durch Restwärmenutzung bei Fahrzeugstillstand kostenneutral und mit geringem Strombedarf realisiert werden kann bzw. bei Start/Stop-Automatik des Fahrzeugantriebs keine Mehrkosten anfallen,
  • • der Kraftstoffverbrauchsvorteil bereits in der frühen Warmlaufphase beginnt,
  • • der Kraftstoffverbrauchsvorteil mit und ohne Kabinenbeheizung wirksam ist, sowie
  • • neben der Kraftstoffeinsparung aus der Erhöhung der Motorbauteiltemperatur am kalten wie am warmen Motor auch in fast allen Fahrsituationen eine Kraftstoffeinsparung über eine Reduktion der Pumpenantriebsleistung erfolgt, da der Thermostat nur sehr selten weit geöffnet ist und/oder der Motor bei Volllast betrieben wird.
A cost-benefit balance also shows that the use of the method according to the invention in conjunction with a small electric pump, in particular a controllable pump with a control range of 0-2l / min and a power consumption of less than 2A, and a counterflow heat exchanger with Coolant lines with an inner diameter of 6 mm and below are particularly advantageous because, among other things
  • • The winter heating performance is dramatically better and the costs and additional fuel consumption for potential electrical additional heating are eliminated,
  • • The hose line package becomes simpler and, given the small bending radii, the coolant lines for the heater can be purchased by the meter from the roll instead of using engine and vehicle-specific custom-made products,
  • • The controllable pump, for example designed as a gear pump or as an impeller pump with a spring-loaded valve, acts similarly to a shut-off valve in the heating circuit in the statutory exhaust gas test and in summer AC operation,
  • • The engine coolant pump can be selected to be smaller, as no artificial throttling is required on the thermostat to meet the coolant flow criteria of the heating system heat exchanger with the thermostat open and closed (this also includes a slightly increased maximum engine output and improved fuel consumption at all speed points coupled with increased engine speed and a reduced risk of cavitation),
  • • Potential hot soak problems can be handled with the small additional electrical pump and can therefore be approached closer to the physical limits,
  • • An additional customer benefit through the use of residual heat when the vehicle is stationary can be realized cost-neutrally and with a low power requirement or there are no additional costs with automatic start / stop of the vehicle drive,
  • • the fuel consumption advantage already begins in the early warm-up phase,
  • • the fuel consumption advantage is effective with and without cabin heating, as well
  • • In addition to fuel savings from increasing the engine component temperature on both cold and warm engines, fuel savings are also achieved in almost all driving situations by reducing the pump drive power, as the thermostat is only very rarely open and / or the engine is operated at full load.

Ein Vergleich der Systemkosten mit einem in Bezug auf die Emission und Kraftstoffeinsparung annähernd vergleichbaren System mit Mehrwegeventil mit oder auch ohne regelbare Motorkühlmittelpumpe fällt vor diesem Hintergrund eindeutig zugunsten des erfindungsgemäßen Systems gemäß 1-3 aus. Dies gilt für Fahrzeuge mit Ottomotor und erst recht für Dieselfahrzeuge, bei denen der Entfall der el. Zuheizung oder gar des Zusatzbrenners ein ganz erhebliches Zusatzeinsparpotenzial darstellen.A comparison of the system costs with a system with a multi-way valve with or without a controllable engine coolant pump, which is approximately comparable in terms of emissions and fuel savings, is clearly in favor of the system according to the invention 1-3 out. This applies to vehicles with gasoline engines and even more so to diesel vehicles, in which the elimination of the electrical auxiliary heating or even the auxiliary burner represents a very significant additional saving potential.

2 zeigt in diesem Zusammenhang ein besonders effektives Anwendungsbeispiel an einem Fahrzeug mit Turbodieselmotor. Dabei fördert die el. Pumpe 2, welche bevorzugt als regelbare Miniaturzahnradpumpe mit 0-2 l/min ausgebildet ist, das Kühlmittel über den EGR-Kühler 30 und den Heizungswärmetauscher 4. Dabei ist die zugehörige Kühlmittelleitung 4a im gestrichelt eingezeichneten Bereich durch einen besonders kleinen Innendurchmesser von ca. 4-6 mm gekennzeichnet, der Wärmetauscher 4 ist speziell für den geringen Volumenstrom in Gegenstrombauweise ausgeführt. Das Package-Volumen im Heizgerät, welches in der spezifischen Anwendung ursprünglich mit einer el. PTC-Zuheizung ausgefüllt war, wird zusätzlich zur Maximierung des Wärmetauscherwirkungsgrades genutzt. Im thermischen Einflussbereich des EGR-Kühlers befindet sich das Bypassventil 6bv, das aus einem aktiven, d.h. von der Motorsteuerung frei ansteuerbaren, Ventil 6bf besteht und einem passiven, d.h. durch die Erwärmung des Kühlwasser aktivierten, Ventil oder Aktuator 6bs, welches das aktive Ventil 6bf bei zu hoher Temperatur oder/und zu hohem Förderdruck bei extremer Motordrehzahl übersteuert und öffnet. 2 shows in this context a particularly effective application example on a vehicle with a turbo diesel engine. The el. Pump delivers 2 , which is preferably designed as a controllable miniature gear pump with 0-2 l / min, the coolant via the EGR cooler 30th and the heating system heat exchanger 4th . The associated coolant line is here 4a The heat exchanger is characterized by a particularly small inner diameter of approx. 4-6 mm in the area drawn in dashed lines 4th is specially designed for the low volume flow in counterflow design. The package volume in the heater, which was originally filled with an electrical PTC auxiliary heater in the specific application, is also used to maximize the heat exchanger efficiency. In the thermal influence area of the EGR cooler is the bypass valve 6bv, which consists of an active valve 6bf, that is freely controllable by the engine control, and a passive valve or actuator 6bs, that is activated by the heating of the cooling water, which the active valve 6bf if the temperature is too high and / or the delivery pressure is too high at extreme engine speed, it overrides and opens.

Im einfachsten Fall drückt hier ein Dehnstoffelement mit einer Öffnungstemperatur von beispielsweise 105°C den Ventilteller eines Magnetventils im Falle zu hoher Kühlmitteltemperatur auf. Es kann aber auch ein komplettes Thermostatventil 6bs dem aktiven Ventil 6bf parallelgeschaltet werden.In the simplest case, an expansion element with an opening temperature of 105 ° C., for example, presses open the valve disk of a solenoid valve if the coolant temperature is too high. However, a complete thermostatic valve 6bs can also be connected in parallel to the active valve 6bf.

Bei geschlossenem Bypasszweig 6b strömt der gesamte Kühlmittelstrom durch den Kabinenwärmetauscher 4, ein zusätzliches Degas-Ventil 9c unterbindet bei Wärmedefizit den Durchfluss durch den Kühlwasserbehälter 9. Bei Wärmeentnahme am Kabinenwärmetauscher und geringer Motorlast werden auf diese Weise Kühlmittelaustrittsmotoren am EGR-Kühler bis zu 105°C induziert, am Motoreintritt bleiben diese auf Werten unter 82°C. Dies beschleunigt die Kabinenbeheizung, da nicht die gesamte wärmeaktive Masse aufgeheizt werden muss. Gleichzeitig erhöhen sich lokal die Temperaturen der Brennraumwände und der Zylinderlaufbahn und trotz des deaktivierten Ölkühlers 40 in gewissem Maße auch des Motoröls, verbunden mit einer Reduktion des Kraftstoffverbrauchs. Mit anderen Worten, die Energieeinsparung durch die geringere effektive wärmeaktive Masse teilt sich auf in

  • • eine Teilwirkung die der Heizleistung zu gute kommt und
  • • eine Teilwirkung die auf eine Kraftstoffersparnis führt.
With the bypass branch closed 6b the entire coolant flow flows through the cabin heat exchanger 4th , an additional Degas valve 9c stops the flow through the cooling water tank if there is a heat deficit 9 . When heat is extracted at the cabin heat exchanger and the engine load is low, coolant outlet motors are induced in this way at the EGR cooler up to 105 ° C, at the engine inlet these remain at values below 82 ° C. This accelerates the heating of the cabin, since the entire heat-active mass does not have to be heated up. At the same time, the temperatures of the combustion chamber walls and the cylinder liner increase locally, despite the deactivated oil cooler 40 to a certain extent also of the engine oil, combined with a reduction in fuel consumption. In other words, the energy savings due to the lower effective heat-active mass are divided into
  • • a partial effect that benefits the heating output and
  • • a partial effect that leads to fuel savings.

Wird die Temperaturdifferenz über den Motor zu groß oder wird die Kühlmittel- bzw. Bauteiltemperatur zu hoch so öffnet die Motorsteuerung 20 das Bypassventil 6bv. In einem ersten Schritt erfolgt dies bevorzugt nur teilweise, so dass der Ölkühler 40 als Wärmesenke herangezogen werden kann. Dies ist für viele Betriebssituationen von Bedeutung, da die Öltemperatur im Warmlauf bei geringer Last lange Zeit deutlich unter der Kühlmitteltemperatur liegt. Das erhöhte Temperaturpotenzial des Kühlmittels am Motoraustritt bietet bei dieser erfindungsgemäßen Betriebsweise eine zusätzliche Unterstützung des Wärmeübergangs im Ölkühler.If the temperature difference across the motor is too great or if the coolant or component temperature is too high, the motor control opens 20th the bypass valve 6bv. In a first step, this is preferably done only partially, so that the oil cooler 40 can be used as a heat sink. This is important for many operating situations, since the oil temperature is well below the coolant temperature for a long time when the load is low when the engine is warming up. In this mode of operation according to the invention, the increased temperature potential of the coolant at the engine outlet provides additional support for heat transfer in the oil cooler.

Bei sehr hoher Motorlast oder Überhitzungsgefahr öffnet das Bypassventil 6bv vollständig, es strömt dann eine hoher Kühlmittelmassenstrom über den Ölkühler 40 zum Heizungsrücklauf und dann zum Kühlerthermostaten 6. Der Strömungszweig 6b weist bevorzugt deutlich größere Schlauchleitungen auf als der reine Heizungszweig 4a, um sicherzustellen, dass bei Bedarf ein hinreichend hoher Kühlmitteldurchsatz durch den EGR-Kühler 30 und den Ölkühler 40 strömt. Dies ist wichtig, um ein Überhitzen des EGR-Kühlers sicher zu vermeiden und gegebenenfalls das volle Potenzial zur Reduktion der Motorkühlwasserpumpenleistung bei Teillast zu nutzen. Gleichzeitig ist die Option eines hohen Durchsatzes wichtig, um eine hohe Ansprechgeschwindigkeit des Thermostaten in den Phasen sicherzustellen, in denen der Ölkühler als zusätzliche Wärmesenke wirkt.If the engine load is very high or there is a risk of overheating, the bypass valve 6bv opens completely, and a high coolant mass flow then flows over the oil cooler 40 to the heating return and then to the radiator thermostat 6th . The flow branch 6b preferably has significantly larger hose lines than the pure heating branch 4a to ensure that there is a sufficiently high coolant throughput through the EGR cooler if required 30th and the oil cooler 40 flows. This is important in order to reliably avoid overheating of the EGR cooler and, if necessary, to use the full potential to reduce the engine cooling water pump output at partial load. At the same time, the option of a high throughput is important in order to ensure a high response speed of the thermostat in those phases in which the oil cooler acts as an additional heat sink.

Der Thermostat 6 ist im Gegensatz zum ursprünglichen Motorkühlsystem mit Bypassthermostat kein doppelt wirkender Thermostat mehr, sondern eine einfach wirkende Variante, so dass sich hier eine zusätzliche Kosteneinsparung ergibt.The thermostat 6th In contrast to the original engine cooling system with bypass thermostat, it is no longer a double-acting thermostat, but a single-acting variant, so that there is additional cost savings.

Eine andere Variante der Einbindung des Ölkühlers 40 zeigt 3. Diese Variante ist besonders vorteilhaft, um eine besonders gute Heizwirkung zu erzielen: Die geringen Kühlwasseraustrittstemperaturen aus dem Gegenstromwärmetauscher 4 entziehen dem Motoröl Wärme zugunsten der Kabinenbeheizung, allerdings zuungunsten des Kraftstoffverbrauchs.Another variant of integrating the oil cooler 40 shows 3rd . This variant is particularly advantageous in order to achieve a particularly good heating effect: The low cooling water outlet temperatures from the countercurrent heat exchanger 4th extract heat from the engine oil in favor of cabin heating, but to the detriment of fuel consumption.

Die Bauteile zur Realisierung des erfindungsgemäßen Kühl- und Heizsystems lassen sich insbesondere mittels bereits am Markt erhältlicher Hardware aufbauen. Dies ist wichtig, um eine schnelle Umsetzung in die Fahrzeugserie zu realisieren. Die Kostenvorteile fallen dabei insbesondere bereits bei der ersten Fahrzeuganwendung an, d.h. es muss bei der Amortisation der Bauteilentwicklung und der Fertigungseinrichtungen nicht eine Kostenabschreibung über mehrere Fahrzeuganwendungen erfolgen.The components for realizing the cooling and heating system according to the invention can in particular be constructed using hardware that is already available on the market. This is important in order to implement a quick implementation in the vehicle series. The cost advantages arise in particular when the vehicle is used for the first time, i.e. when the component development and production facilities are amortized, costs do not have to be amortized over several vehicle applications.

Ein wesentlicher Schlüssel für die volle Umsetzung des erfindungsgemäßen Gedankenguts ist die - entgegen ursprünglicher Zweifel seitens der Systemlieferanten - inzwischen experimentell durch Rigg-Tests und Fahrzeugversuche abgesicherte Erkenntnis, dass Heizungswärmetauscher mit den erfindungsgemäßen Eigenschaften, insbesondere mit ausreichendem Heizungswärmetauscherwirkungsgrad bei sehr geringen Kühlmitteldurchsätzen bis herab zu 2 l/min und weniger, technisch realisierbar und im Heizgerät heutiger und auch zukünftiger PKW unterzubringen sind. Dabei ist es ein ganz besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass es im Zusammenspiel der einzelnen Veränderungen erlaubt, auf die mittlerweile in Diesel-PKW sehr häufig anzutreffende el. PTC-Zuheizung zu verzichten. Obwohl dieser Package-Raum i.a. nicht benötigt wird, um die nötigen Kabinenwärmetauscherwirkungsgrade zu realisieren, erhöht er dennoch den Auslegungsspielraum für den kostengünstigen Aufbau eines entsprechenden Wärmetauschers mit bereits am Markt verfügbaren Halbzeugen, insbesondere auch für den anwendungsspezifisch optimalen Druckverlust im Heizungsstrang mit bzw. gegebenenfalls auch ohne el. Zusatzpumpe im Heizkreislauf.An essential key for the full implementation of the ideas according to the invention is the - contrary to original doubts on the part of the system suppliers - now experimentally confirmed by rig tests and vehicle tests that heating heat exchangers with the properties according to the invention, in particular with sufficient heating heat exchanger efficiency at very low coolant throughputs down to 2 l / min and less, technically feasible and can be accommodated in the heater of today's and future cars. It is a very special advantage of the method according to the invention that, in the interaction of the individual changes, it is possible to dispense with the electrical PTC auxiliary heating, which is now very frequently found in diesel cars. Although this package room is generally is not required to achieve the necessary cabin heat exchanger efficiency, it nevertheless increases the design leeway for the cost-effective construction of a corresponding heat exchanger with semi-finished products already available on the market, in particular for the application-specific optimal pressure loss in the heating system with or, if necessary, also without an additional electric pump in the heating circuit .

Zur Optimierung der Systemvorteile unter gleichzeitiger Minimierung der Bauteilkosten ist es besonders vorteilhaft, das in 4 schematisch gezeigte Bypassventil zu verwenden.To optimize the system advantages while minimizing the component costs, it is particularly advantageous to use the in 4th to use schematically shown bypass valve.

Die el. Kühlmittelpumpe 2 sitzt hier im Gehäuse 60 des Bypassventils 6bv mit integriertem Sicherheitsthermostatventil, hier exemplarisch mit el. Schaltmagneten 6bf und Dehnstoffaktuator 6bs als Sicherheitsthermostat dargestellt. Dabei ist die Anpresskraft der Feder 62 zwischen Ventilführungsgehäuse 64 und Ventilsitz 65 so gewählt, dass der Dehnstoffaktuator 6bs mit seinem Stempel 66 das Ventil 6bv gegen diese Feder 62 bei Überschreiten einer Grenztemperatur von beispielsweise 105°C aufdrückt. Das bedeutet, die mittels der Motorsteuerung über die Ansteuerleitung 63 vorgenommene Einstellung des Bypassventils 6bv wird gegebenenfalls zwangsläufig aufgehoben.The electric coolant pump 2 sits here in the case 60 of the bypass valve 6bv with integrated safety thermostat valve, shown here as an example with electronic switching magnet 6bf and expansion material actuator 6bs as a safety thermostat. Here is the contact pressure of the spring 62 between valve guide housing 64 and valve seat 65 chosen so that the expansion material actuator 6bs with its stamp 66 the valve 6bv against this spring 62 when a limit temperature of, for example, 105 ° C is exceeded. This means that by means of the motor control via the control line 63 Any setting made to the bypass valve 6bv is possibly inevitably canceled.

In der in 4 gezeigten Variante ist das Bypassventil 6bv bei Stromausfall geschlossen und öffnet erst, wenn der Dehnstoffaktuator eingreift. Dies hat den Vorteil, dass der el. Strom für den Aktuator 6bf mit einer relativ geringen Häufigkeit benötigt wird, da der Bypass in den meisten Fahrsituationen geschlossen ist. Für Motoren, die den Bypass häufiger offen haben als geschlossen, ist es hingegen vorteilhaft, das Design dahingehend anzupassen, dass das Bypassventil im stromlosen Fall offen ist. Dies ist z.B. durch ein Umsetzen der Feder und eine Anpassung des Magnetankers problemlos möglich. Diese Variante hat insbesondere den Vorteil, dass bei einem Kabelbruch eine zusätzliche Sicherheit gegen Überhitzung eingebaut ist, der Kühlerthermostat arbeitet dann im potenziellen Überhitzungsfall wie ein konventioneller Bypassthermostat mit offenem Bypass. In the in 4th The variant shown, the bypass valve 6bv is closed in the event of a power failure and only opens when the expansion material actuator engages. This has the advantage that the electrical current for the actuator 6bf is required with a relatively low frequency, since the bypass is closed in most driving situations. For motors that have the bypass open more often than it is closed, however, it is advantageous to adapt the design so that the bypass valve is open in the de-energized case. This is easily possible, for example, by repositioning the spring and adjusting the magnet armature. This variant has the particular advantage that, in the event of a cable break, additional protection against overheating is built in; the radiator thermostat then works like a conventional bypass thermostat with an open bypass in the event of overheating.

Unabhängig von der gewählten Variante ist es für die sichere Funktion des Dehnstoffaktuators 6bs vorteilhaft, diesen stromauf des Ventiltellers anzuordnen, so dass er auch bei geschlossenem Bypass noch gut arbeitet. Besonders vorteilhaft ist es darüber hinaus die Einbauposition des Bypassventils so zu wählen, dass der Dehnstoffaktuator auch bei geschlossenem Heizungszweig und geschlossenem Bypasszweig über Thermosyphonwirkung immer noch sicher arbeitet und bei zu hohen Kühlmitteltemperaturen öffnet. Alternativ kann ein kleiner Leckagestrom im Bypasszweig zur Sicherstellung der korrekten Funktion des Dehnstoffaktuators herangezogen werden.Regardless of the variant selected, it is advantageous for the reliable function of the expansion material actuator 6bs to arrange it upstream of the valve disk so that it still works well even when the bypass is closed. In addition, it is particularly advantageous to choose the installation position of the bypass valve so that the expansion material actuator still works reliably via the thermosyphon effect even when the heating branch and the bypass branch are closed and opens when the coolant temperatures are too high. Alternatively, a small leakage flow in the bypass branch can be used to ensure the correct function of the expansion material actuator.

In der besonders effektiven Designvariante in 4 kennzeichnen zwei relativ große Kühlmittelanschlüsse für Kühlmittelleitungen mit beispielsweise 20 mm Innendurchmesser den Bypassanschluss an den Motor- bzw. EGR-Kühleraustritt 67 sowie an den Rücklauf zum Motor 68. Für den Heizungszweig werden hingegen beispielsweise nur 6 mm Innendurchmesser vorgesehen, d.h. das Verhältnis der Strömungsquerschnitte ist größer als 10:1.In the particularly effective design variant in 4th two relatively large coolant connections for coolant lines with an inside diameter of 20 mm, for example, identify the bypass connection to the engine or EGR cooler outlet 67 as well as the return to the motor 68 . In contrast, for the heating branch, for example, only 6 mm inner diameter is provided, ie the ratio of the flow cross-sections is greater than 10: 1.

Dies bietet besondere Vorteile bezüglich der Gesamtbauteilgröße und des Anschlusses der Leitungen im Fahrzeug sowie Vorteile bezüglich der Integration der el. Kühlmittelpumpe 2 einschließlich der Durchflusskontrollhilfsmittel 69, 70, 71 in ein gemeinsames Gehäuse 60.This offers particular advantages with regard to the overall component size and the connection of the lines in the vehicle, as well as advantages with regard to the integration of the electronic coolant pump 2 including flow control aids 69 , 70 , 71 in a common housing 60 .

Erfolgt die Durchflussbegrenzung der Heizung extern, z.B. mit dem Ventil 15 gemäß 1, oder wird auf die Integration der el. Zusatzpumpe verzichtet, so kann grundsätzlich auch ein größerer Kühlmittelanschluss 72 verwendet werden. Ein wesentlich effizienteres Package und insbesondere die i.a. angestrebte Minimierung der wärmeaktiven Masse des Heizkreislaufs machen jedoch auch hier die Variante mit z.B. 6 mm Innendurchmesser der Heizungskühlmittelleitung anstelle der üblichen 16-22 mm besonders attraktiv. 6 zeigt ein entsprechendes Design mit integrierten Mitteln 69, 70, 71 zur Duckflusskontrolle im Heizkreislauf für externe el. Zusatzpumpe 2, 7 das entsprechende Design, wenn auch die Mittel zur Durchflusskontrolle extern angeordnet sind.If the flow limitation of the heating is done externally, e.g. with the valve 15th according to 1 , or if the electronic auxiliary pump is not integrated, a larger coolant connection can in principle also be used 72 be used. A much more efficient package and in particular the generally desired minimization of the heat-active mass of the heating circuit make the variant with, for example, 6 mm inside diameter of the heating coolant line instead of the usual 16-22 mm particularly attractive. 6th shows a corresponding design with integrated resources 69 , 70 , 71 for pressure flow control in the heating circuit for external el. additional pump 2 , 7th the corresponding design, even if the means for flow control are arranged externally.

Die elektronisch von der Motorsteuerung über die Leitung 73 ansteuerbare el. Miniaturkühlwasserpumpe 2 fördert im Design gemäß 4 das Kühlwasser über das federbelastete Ventil 70 zum Heizungsanschluss 72 mit vorzugsweise weniger als 6 mm Innendurchmesser. Dabei ist die Anpresskraft der Feder 69 mindestens so hoch gewählt, dass das Ventil bei Einschalten der el. Miniaturpumpe 2 vom Sitz 71 abhebt, vom Druck der Motorkühlwasserpumpe aber nicht geöffnet wird. Damit wird u.a. sichergestellt, dass im gesetzlichen Abgastest der Heizungskreislauf zunächst abgeschaltet bleibt und damit diese wärmeaktive Masse den Aufwärmvorgang nicht verzögert. Bei Kühlbedarf kann diese wärmeaktive Masse gegebenenfalls schnell hinzugeschaltet werden und z.B. beim Beschleunigen im EUDC vermeiden helfen, dass temporär das Kühlergebläse benötigt wird. Weitere Vorteile der freien Zu- und Abschaltoption des Heizkreislaufs, insbesondere bezüglich der winterlichen Heizwirkung und des Betriebs der Klimaanlage im Sommer, wurden bereits beschrieben.The electronically from the engine control over the line 73 controllable electronic miniature cooling water pump 2 promotes in the design accordingly 4th the cooling water through the spring-loaded valve 70 to the heating connection 72 with preferably less than 6 mm inside diameter. Here is the contact pressure of the spring 69 selected at least high enough that the valve when the electronic miniature pump 2 from the seat 71 lifts, but is not opened by the pressure of the engine cooling water pump. This ensures, among other things, that the heating circuit initially remains switched off in the statutory emissions test, so that this heat-active mass does not delay the warm-up process. If there is a need for cooling, this heat-active mass can be switched on quickly and, for example, when accelerating in the EUDC, it can help avoid the need for the cooler fan temporarily. Further advantages of the free connection and disconnection option of the heating circuit, in particular with regard to the winter heating effect and the operation of the air conditioning system in summer, have already been described.

Als besonders vorteilhafte Verfeinerung ist es hier problemlos möglich, anstelle der reinen Schaltmöglichkeit eine präzise Einstellung des Kühlmitteldurchflusses durch den Heizungswärmetauscher, unabhängig von der Motordrehzahl und dessen thermischer Betriebssituation, vorzunehmen. In der Ausgestaltung gemäß 4 genügt es hier, die Federkraft der Feder 69 relativ groß und den Ventilteller relativ klein zu wählen, so dass ein relativ großer Förderdruck der el. Miniaturpumpe 2 von beispielsweise 1 bar Überdruck für das Öffnen benötigt wird. Die Variationsbreite der über die Kühlwasserpumpe des Motors bei Drehzahländerung aufgeprägten Druckschwankungen sind i.a. deutlich kleiner, so dass die Fördermenge im Heizungskreislauf eindeutig durch die Einstellung der el. Pumpe 2 mittels der Motorsteuerung definiert ist. Im einfachsten Fall ist die Variation eine Schaltfunktion, z.B. zwischen Durchfluss Null und 2 l/min, besonders vorteilhaft ist jedoch eine Leistungsstufung bzw. -regelung der el. Pumpe 2, so dass sich eine stufenweise oder auch stufenlose Einstellung des Heizungsdurchflusses ergibt.As a particularly advantageous refinement, it is easily possible here, instead of the pure switching option, to set the coolant flow through the heating heat exchanger precisely, regardless of the engine speed and its thermal operating situation. In the design according to 4th it is sufficient here, the spring force of the spring 69 to choose relatively large and the valve disk relatively small, so that a relatively large delivery pressure of the electronic miniature pump 2 of, for example, 1 bar overpressure is required for opening. The range of variation of the pressure fluctuations imposed by the engine's cooling water pump when the speed changes are generally significantly smaller, so that the delivery rate in the heating circuit is clearly determined by the setting of the electric pump 2 is defined by means of the engine control. In the simplest case, the variation is a switching function, for example between flow zero and 2 l / min, but a performance graduation or regulation of the electronic pump is particularly advantageous 2 , so that there is a step-by-step or stepless setting of the heating flow.

Alternativ zur Durchflussregelung mittels Regelung der Pumpenleistung und starker Drosselung kann wahlweise auch ein Durchflussbegrenzungsventil verwendet werden, das z.B. bei Einschalten der el. Pumpe den Durchfluss auf 2l/min begrenzt, unabhängig vom momentan seitens der motorseitigen Kühlmittelpumpe aufgeprägten Druck am Heizungszweig. Dies ist insbesondere da vorteilhaft, wo es auf hohe Genauigkeit des eingestellten Heizungsvolumenstroms bei minimaler el. Leistung ankommt.As an alternative to flow control by regulating the pump output and strong throttling, a flow limiting valve can optionally be used, which e.g. limits the flow to 2 l / min when the electrical pump is switched on, regardless of the pressure currently applied to the heating branch by the engine-side coolant pump. This is particularly advantageous where high accuracy of the set heating volume flow with minimal electrical output is important.

Das Bauteil gemäß 4 ist insbesondere im Zusammenspiel mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen, die sich auf Heizungskühlmitteldurchsätze beschränken, die sehr viel geringer sind als die Kühlmitteldurchsätze die im Bypasszweig 6b im geöffneten Zustand vorliegen, besonders kompakt und robust realisierbar, verbunden mit den entsprechenden Kostenvorteilen.The component according to 4th is in particular in conjunction with the measures according to the invention, which are limited to heating coolant throughputs that are much lower than the coolant throughputs in the bypass branch 6b present in the open state, can be implemented in a particularly compact and robust manner, combined with the corresponding cost advantages.

Dies liegt zum einen an den Packagevorteilen, die sich daraus ergeben, dass die Kühlmittelleitungsdurchmesser zum Heizungswärmetauscher kleiner als halb so groß gewählt werden kann als die heute üblichen 16-22 mm, insbesondere verbunden mit entsprechend kleinen Biegeradien. Fast noch wichtiger ist allerdings der Vorteil, der sich aus dem geringen Leistungsbedarf der el Zusatzpumpe 2 aufgrund der geringen Kühlmitteldurchsätze ergibt. Selbst bei 2 bar Förderdruck beträgt die hydraulische Leistung bei 2 l/min nur 6,7 W, verbunden mit den entsprechenden Vorteilen bezüglich der Baugröße der el. Pumpe und des el. Antriebs sowie bezüglich des Strombedarfs. Speziell der Strombedarf ist dabei so gering, dass bereits verfügbare Leistungskanäle der Motorsteuerung ausreichen, um die Schaltfunktion bzw. gegebenenfalls die Leistungsregelung vorzunehmen. Insbesondere bezüglich der besonders vorteilhaften stufenlosen Leistungsregelung der el. Pumpe mit Pulsweitenregelung hilft hier die geringe Basisleistung der Pumpe, die Zusatzabwärme der Schalttransistoren während der Schaltvorgänge ohne baulichen Mehraufwand zu beherrschen.This is due, on the one hand, to the package advantages that result from the fact that the coolant line diameter to the heating heat exchanger can be selected to be smaller than half as large as the 16-22 mm customary today, in particular combined with correspondingly small bending radii. Almost even more important, however, is the advantage that results from the low power requirement of the el additional pump 2 due to the low coolant flow rates. Even with a delivery pressure of 2 bar, the hydraulic power at 2 l / min is only 6.7 W, combined with the corresponding advantages in terms of the size of the electric pump and the electric drive as well as in terms of power consumption. In particular, the power requirement is so low that already available power channels of the engine control are sufficient to carry out the switching function or, if necessary, the power control. In particular with regard to the particularly advantageous stepless power control of the electronic pump with pulse width control, the low basic power of the pump helps to control the additional waste heat of the switching transistors during the switching processes without additional structural effort.

Herkömmliche Kühlmitteldurchsätze durch den Kabinenwärmetauscher von z.B. 15 l/min würden bei analoger Vorgehensweise neben den erheblichen Packagenachteilen zu einem hydraulischen Energiebedarf von 50 Watt führen, was bei einem Gesamtwirkungsgrad der Pumpe von 50% 100 W el. Leistung bedeutet. Unter der praxisnahen Annahme eines mittleren Kraftstoffverbrauchs von 15kW im ECE-Zykluss, 40% Innenwirkungsgrad des Motors und 60% Wirkungsgrad des Generators würden diese 50W el. Pumpenantriebsleistung letztlich auf den kaum akzeptablen Mehrverbrauch von 1,4% (=(50/0,60/0,40)/15000) führen. Angesichts der ohnehin begrenzten Verfügbarkeit an el. Energie in KFZ aber auch angesichts der Kosten für die Elektronik mit entsprechend leistungsstarken Leistungstransistoren für das Schalten bzw. Regeln der el. Pumpe fällt die Kosten-Nutzenbilanz bei Anwendung mit konventioneller Heizungstechnologie nicht nur deutlich schlechter aus, sondern sie erlaubt auch nicht die besonders effiziente Ausgestaltung gemäß 4.Conventional coolant throughputs through the cabin heat exchanger of 15 l / min, for example, would result in an analogous procedure in addition to the considerable package disadvantages in a hydraulic energy requirement of 50 watts, which means 100 watts of power with an overall efficiency of the pump of 50%. Under the practical assumption of an average fuel consumption of 15kW in the ECE cycle, 40% internal efficiency of the engine and 60% efficiency of the generator, this 50W el.pump drive power would ultimately result in the hardly acceptable additional consumption of 1.4% (= (50 / 0.60 / 0.40) / 15000). In view of the already limited availability of electrical energy in vehicles, but also in view of the costs for the electronics with correspondingly powerful power transistors for switching or regulating the electrical pump, the cost-benefit balance when using conventional heating technology is not only significantly worse, but also it also does not allow the particularly efficient design in accordance with 4th .

Eine weitere Verfeinerung dieser Vorrichtung zeigt 5. Hier stellt ein zweiter Ventilsitz 65b sicher, dass bei völlig geöffnetem Ventil, d.h. z.B. bei Überschreiten von 115°C, der Bypass wieder teilweise geschlossen wird, so dass der Kühlmitteldurchsatz durch den Fahrzeugkühler maximiert wird. Ob diese Ergänzung benötigt wird oder nicht hängt vom Gesamtsystem Fahrzeug/Motor ab. Dabei ist es vorteilhaft, sicherzustellen, dass auch bei Vollausschlag des Ventiltellers 6bv in offener Position ein Mindestleckagestrom sicherstellt, dass auch im Falle eines Federbruchs oder Festklemmens in dieser Stellung der Thermostat 6 stets einen so hohen Kühlmitteldurchsatz erhält, dass dieser beim nächsten Kaltstart den Kühlerkreislauf rechtzeitig öffnet.Another refinement of this device shows 5 . Here is a second valve seat 65b It is certain that when the valve is fully open, for example when 115 ° C is exceeded, the bypass is partially closed again so that the coolant throughput through the vehicle radiator is maximized. Whether or not this supplement is required depends on the overall vehicle / engine system. It is advantageous to ensure that, even when the valve disk 6bv is fully deflected in the open position, a minimum leakage current ensures that the thermostat also in the event of a spring break or jamming in this position 6th always receives such a high coolant throughput that it opens the cooler circuit in good time for the next cold start.

In Verbindung mit der erfindungsgemäßen Strategie zur Variation des Kühlmittelstroms durch den Motor, den Heizungswärmetauscher und letztlich auch den Fahrzeugkühler bieten die Vorrichtungen gemäß 4 und 5 nicht nur ein sehr kompaktes Package unter Absicherung aller gewünschten Fail-Safe-Aspekte, sondern darüber hinaus den Vorteil, dass sich auch bei kurzfristig auf sehr hohe oder sehr niedrige Werte veränderter Motordrehzahl kaum Schwankungen im Kühlmitteldurchsatz durch den Heizungswärmetauscher zeigen. Dies ist u.a. wichtig für den Komfort. Darüber hinaus bleibt es damit stets in der Hand der Motorsteuerung, ob der Fahrzeugkühler durch Öffnen des Bypassventils 6bv geöffnet wird: Es bleibt einerseits kaltes Kühlmittel aus dem Kabinenwärmetauscher verfügbar, welches sicherstellt, dass der Thermostat geschlossen bleibt, andererseits kann die Motorsteuerung jederzeit den Bypass öffnen und die maximale Kühlwirkung bereitstellen.In connection with the strategy according to the invention for varying the coolant flow through the engine, the heating system heat exchanger and ultimately also the vehicle radiator, the devices according to FIG 4th and 5 Not only is it a very compact package that safeguards all the desired fail-safe aspects, it also has the advantage that even when the engine speed is changed to very high or very low values for a short time, there are hardly any fluctuations in the coolant throughput through the heating system heat exchanger. This is important for comfort, among other things. In addition, it always remains in the hands of the engine control whether the vehicle radiator is opened by opening the bypass valve 6bv: On the one hand, cold coolant remains available from the cabin heat exchanger, which ensures that the thermostat remains closed, and on the other hand, the engine control can open the bypass at any time and provide the maximum cooling effect.

In Teillastbetriebssituationen, wo eine zusätzliche oder komplette Wärmeabfuhr am Fahrzeugkühler erforderlich ist, übernimmt der Fahrzeugkühler die Aufgaben der Wärmesenke. Aufgrund der erhöhten Vorlauftemperatur zum Fahrzeugkühler wird hier ebenfalls eine Verbesserung der Kühlwirkung erzielt, so dass insbesondere bei Stop and Go bzw. Fahrzeugstillstand weniger Gebläseleistung als bei bisher aus Serienanwendungen bekannten Systemen ausreicht. Auch diese Verbesserung ist mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise früher bzw. häufiger ausnutzbar als z.B. mit dem bereits aus Serienanwendungen bekannten el. Thermostaten oder anderen denkbaren Systemen, die es nicht erlauben die Kabinenheizung mit sehr kleinen Kühlmitteldurchsätzen von beispielsweise nur 2 l/min sicherzustellen.In partial load operating situations, where additional or complete heat dissipation at the vehicle radiator is required, the vehicle radiator takes over the tasks of the heat sink. Due to the increased flow temperature to the vehicle radiator, an improvement in the cooling effect is also achieved here, so that, in particular in the case of stop and go or vehicle standstill, less fan power is sufficient than in systems previously known from series applications. This improvement can also be used earlier or more frequently with the procedure according to the invention than, for example, with the electronic thermostats already known from series applications or other conceivable systems that do not allow the cabin heating to be ensured with very small coolant throughputs of, for example, only 2 l / min.

Wie bereits angesprochen, sind die Bypassventile gemäß 4-7 auch in Betriebssituationen von Interesse, wo die Kabinenheizleistung im Mittelpunkt des Interesses steht und weniger die Kraftstoffeinsparung, und wo das Wärmemanagement mittels Schließen des Bypasszweigs 6b hilft, die Kabinenheizwirkung durch Minimierung der effektiven wärmeaktiven Motormasse zu verbessern. Dabei kann es im Warmlauf durchaus zu Situationen kommen, bei denen der Bypass 6b z.B. bei hoher Motorlast oder Motordrehzahl geöffnet werden muss. Wie anhand des Beispiels EGR-Kühler gezeigt wurde, bieten die erfindungsgemäßen Bypassventile auch hier die nötige Flexibilität, dies ohne Schwankung im Heizkomfort zu bewerkstelligen. Darüber hinaus erlauben sie selbst bei offenem Bypasszweig in Verbindung mit einem hocheffizienten Kabinenwärmetauscher und geringem Kühlmitteldurchsatz immer noch eine Fokussierung der Abwärme des EGR-Kühlers auf die Kabine und somit eine überdurchschnittlich schnelle Kabinenerwärmung. Analoges gilt, wenn zusätzlich zum EGR-Kühler oder an dessen Stelle eine andere Wärmequelle, z.B. ein Abgaswärmetauscher anstelle des EGR-Kühlers gemäß 2, eingebunden ist.As already mentioned, the bypass valves are in accordance with 4-7 Also of interest in operating situations, where the cabin heating output is the focus of interest and less the fuel saving, and where the heat management by closing the bypass branch 6b helps to improve the cabin heating effect by minimizing the effective heat active engine mass. During the warm-up, situations can definitely arise in which the bypass is activated 6b For example, it has to be opened at high engine load or engine speed. As was shown using the example of the EGR cooler, the bypass valves according to the invention also offer the necessary flexibility here to accomplish this without fluctuations in heating comfort. In addition, even when the bypass branch is open, in conjunction with a highly efficient cabin heat exchanger and low coolant throughput, they still allow the waste heat from the EGR cooler to be focused on the cabin and thus above-average cabin heating. The same applies if, in addition to or in place of the EGR cooler, another heat source, for example an exhaust gas heat exchanger instead of the EGR cooler according to 2 , is involved.

Obwohl die erfindungsgemäße Vorgehensweise und deren Spezialbauteile derzeit primär auf Anwendungen mit konventionellen Dehnstoffaktuatoren als autarken Antrieb für den Kühlerthermostaten 6 abzielen, ist eine Anwendung des erfindungsgemäßen Gedankenguts auch bei anderen Antriebsformen und Bauarten von Kühlerthermostaten, insbesondere auch mit von der Motorsteuerung angesteuerten el. Aktuatoren als Thermostatantrieb wie z.B. beim eingangs beschriebenen Drehschieberventil, vorteilhaft. Dies betrifft insbesondere die Flexibilität bezüglich der optimalen Motorkühlung sowie die Robustheit des Gesamtsystems auf Bauteilalterung und sprunghafte Veränderungen des Fahrbetriebs und ganz besonders die Potenzialausnutzung bezüglich der Heizung und das Package der Heizungsleitungen.Although the procedure according to the invention and its special components are currently primarily based on applications with conventional expansion material actuators as an independent drive for the radiator thermostat 6th aim, an application of the inventive idea to other drive forms and types of radiator thermostats, in particular also with electronic actuators controlled by the engine control as a thermostat drive, such as the rotary slide valve described above, is advantageous. This applies in particular to the flexibility with regard to the optimal engine cooling as well as the robustness of the overall system in terms of component aging and sudden changes in driving operations and especially the potential utilization with regard to the heating and the package of the heating cables.

Dabei ist dann gegebenenfalls insbesondere zu beachten, dass die Sicherheitsmerkmale bezüglich zu hoher Kühlmittelaustrittstemperaturen aus dem Motor oder EGR-Kühler bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Vorrichtungen gemäß 4-7 nicht durch eine motorsteuerungsbetätigte Schaltfunktion des Bypassdurchflusses innerhalb des anstelle des Thermostaten 6 eingesetzten Drehschieberventils deaktiviert werden. Hierzu ist es insbesondere vorteilhaft, mit zwei parallelen Bypassleitungen zu arbeiten. 8 zeigt, ausgehend von 4 eine entsprechende Anpassung des Bypassventils. Die erste Bypassleitung 68 wird hierbei zur Temperaturabsicherung verwendet und an eine nicht durch den Drehschieber versperrbare Position im als Thermostatersatz 6 eingesetzten Drehschieberventil oder am Pumpenzulauf angeordnet, z.B. wie in 3 gezeigt. Das Drehschieberventil übernimmt dann in bekannter Weise, basierend auf Daten der Motorsteuerung, neben der Regelung des Kühlmitteldurchflusses durch den Kühler 6 durch eine entsprechende Drehposition auch die teilweise oder vollständige Versperrung des zweiten Bypasszweiges 80. Das Dehnstoffelement 6bs übernimmt die Aufgabe der Zusatzabsicherung mittels Öffnen des Ventils 6bv und der ersten Bypassleitung 68.In this case, it should be noted in particular that the safety features with regard to excessively high coolant outlet temperatures from the engine or EGR cooler in the inventive configuration of the devices according to FIG 4-7 not by a motor-controlled switching function of the bypass flow within the instead of the thermostat 6th used rotary slide valve can be deactivated. To this end, it is particularly advantageous to work with two parallel bypass lines. 8th shows, starting from 4th a corresponding adaptation of the bypass valve. The first bypass line 68 is used here for temperature protection and in a position that cannot be locked by the rotary valve as a thermostat replacement 6th used rotary slide valve or arranged at the pump inlet, e.g. as in 3rd shown. The rotary slide valve then takes over in a known manner, based on data from the engine control, in addition to regulating the coolant flow through the radiator 6th also the partial or complete blocking of the second bypass branch by means of a corresponding rotary position 80 . The expansion element 6bs takes on the task of additional protection by opening the valve 6bv and the first bypass line 68 .

Die el. Schaltfunktion 63 des externen Bypassventils 6bv mit dem Magneten 6bf ist in 8 als mehrfach redundante Absicherung und gegebenenfalls zur besonders feinfühligen Durchflussregelung noch vorhanden, bei entsprechend genauem und sicherem Drehschieberventil kann diese aber auch entfallen. Dem nicht unerheblichen Mehraufwand für diese Ausgestaltung des Motor- und Fahrzeugkühlsystems unter Verwendung eines Drehschieberventils als Thermostatersatz und eines zusätzlichen externen Bypasszweigs mit Bypassventil steht ein, wenn auch nur relativ geringes, Potenzial gegenüber, mittels möglichst homogener Motortemperaturen bei warmem Motor noch etwas näher an die physikalischen Grenzen bezüglich der maximalen Motorbauteiltemperatur, insbesondere in der erhöhten Teillast, zu gehen.The el. Switching function 63 of the external bypass valve 6bv with the magnet 6bf is in 8th as multiple redundant safeguards and, if necessary, for particularly sensitive flow control, this can also be omitted if the rotary slide valve is appropriately precise and reliable. The not inconsiderable additional expense for this design of the engine and vehicle cooling system using a rotary slide valve as a thermostat replacement and an additional external bypass branch with a bypass valve is offset by a potential, albeit relatively small, by means of the most homogeneous engine temperatures possible with a warm engine being somewhat closer to the physical Limits regarding the maximum engine component temperature, especially in the increased partial load, to go.

Alternativ kann hierzu anstelle des Drehschieberventils auch ein einfaches Zweiwegeventil als Thermostatersatz oder ein el. beheizter Thermostat, d.h. ein Thermostat mit auch bei sehr hohen Kühlmitteldurchsätzen noch variabler Öffnungstemperatur, verwendet werden, so dass wiederum das Bypassventil gemäß 4 mit nur einem Bypassanschluss 68 ausreicht.Alternatively, instead of the rotary slide valve, a simple two-way valve as a thermostat set or an electrically heated thermostat, ie a thermostat with an opening temperature that is still variable even with very high coolant throughputs, can be used, so that the bypass valve according to 4th with only one bypass connection 68 sufficient.

Die experimentelle Quantifizierung des mit derartigem Mehraufwand erzielbaren zusätzlichen Vorteils ist schwierig und stark abhängig vom Gesamtsystem Motor/Fahrzeug. Bisheriger Versuche haben gezeigt, dass sich insbesondere die Zunahme des Wärmeübergangskoeffizienten bei den höheren Kühlmitteldurchsätzen, die zu dieser Maximierung der Kühlmitteltemperatur überall im Motor erforderlich sind, stark kontraproduktiv auf die im Endeffekt angestrebte Erhöhung der Bauteiltemperatur auswirkt. Die Kostennutzenanalyse spricht in diesem Zusammenhang derzeit eindeutig zugunsten der Variante mit Beibehaltung des Dehnstoffthermostaten 6, doch kann sich dies je nach Entwicklung der Kraftstoffpreise und potenziellen zukünftigen Veränderungen am Motor, wie z.B. Entfall des FEAD unter Einsatz el. Motorkühlwasserpumpen 6 in Zukunft auch ändern.The experimental quantification of the additional advantage that can be achieved with such additional effort is difficult and strongly dependent on the overall engine / vehicle system. Previous tests have shown that the increase in the heat transfer coefficient in particular at the higher coolant throughputs required to maximize the coolant temperature everywhere in the engine has a strongly counterproductive effect on the increase in the component temperature that is ultimately sought. In this context, the cost benefit analysis clearly speaks in favor of the variant with retention of the expansion thermostat 6th , but this can change depending on the development of fuel prices and potential future changes to the engine, such as the omission of the FEAD when using electronic engine cooling water pumps 6th also change in the future.

1-3 zeigen Anwendungsbeispiele für das erfindungsgemäße Vorgehen, wobei der Rückfluss des Heizungskreislaufs 4a zum Thermostaten 6 in der Praxis meist über eine relativ lange Kühlmittelleitung erfolgt. Vor diesem Hintergrund ist es besonders attraktiv, dass die bevorzugten erfindungsgemäßen Varianten mit sehr kleinen Leitungsquerschnitten auskommen. Insbesondere ergibt sich in diesem Zusammenhang, mittels vollständigen Schließens des Bypasszweigs 6b die Möglichkeit, dessen wärmeaktive Masse weitgehend auszuschalten. Gleichzeitig erlaubt das komplette Schließen des Bypass eine sehr feinfühlige Regelung des Gesamtkühlmitteldurchsatzes durch den Motor bei geringem Durchsatz. Dies ist nicht zuletzt im Hinblick auf die Optimierung der Kraftstoffeinsparpotenziale sehr wichtig: Bekannte Systeme, insbesondere mit dem Drehschieber-Mehrwegeventil erfordern hier neben einer hochgenauen Positionierung auch ein extrem schnelles Ansprechen bei Variation der Motordrehzahl. Angesichts der Alterung der Dichtkanten des Drehschiebers, angesichts der Alterung der Motorkühlmittelpumpe und insbesondere angesichts der Fertigungsstreuungen der Motorpumpen in Wechselwirkung mit den motorseitigen Fertigungstoleranzen ist die Gewährleistung eines robusten Gesamtsystem mit nicht unerheblichem Aufwand verbunden. 1-3 show application examples for the procedure according to the invention, with the reflux of the heating circuit 4a to the thermostat 6th in practice this usually takes place via a relatively long coolant line. Against this background, it is particularly attractive that the preferred variants according to the invention manage with very small line cross-sections. In particular, this results from the complete closing of the bypass branch 6b the possibility of largely eliminating its heat-active mass. At the same time, the complete closing of the bypass allows a very sensitive control of the total coolant throughput through the motor with a low throughput. Last but not least, this is very important with a view to optimizing the fuel-saving potential: Known systems, especially those with the rotary slide multi-way valve, require extremely precise positioning as well as extremely fast response when the engine speed varies. In view of the aging of the sealing edges of the rotary valve, in view of the aging of the engine coolant pump and in particular in view of the manufacturing variations of the engine pumps in interaction with the engine-side manufacturing tolerances, ensuring a robust overall system is associated with not inconsiderable expense.

Bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise hingegen, ist es durch Schließen des Bypasses und durch die Mittel zu Durchflusskontrolle im Heizkreislauf auch im Bereich zwischen 0 und 2 l/min möglich, den Gesamtkühlmitteldurchfluss durch den Motor sehr präzise, reproduzierbar und mit geringer Sensibilität auf die Motordrehzahl einzustellen.With the procedure according to the invention, on the other hand, by closing the bypass and using the flow control means in the heating circuit, it is also possible in the range between 0 and 2 l / min to set the total coolant flow through the engine very precisely, reproducibly and with little sensitivity to the engine speed.

Diese besonders vorteilhafte Eigenschaft bleibt auch dann erhalten, wenn auch der Rückfluss vom Heizungswärmetauscher in das gemeinsame Gehäuse des Bypassventils 6bv integriert wird. Exemplarisch für die in 4-8 gezeigten Bypassventilvarianten zeigt 9 eine entsprechende Einbindung des Heizungsrücklauf mittels des Anschlusses 80. Diese Ausgestaltung des Bypassventils bietet insbesondere den Vorteil ganz besonders kompakter Bauweise. Auch wenn das Package angesichts des geringen Kühlmittelleitungsdurchmessers bereits ohnehin sehr günstig ist, ist dies eine zusätzliche Vereinfachung, da damit insbesondere weniger oder gar keine Befestigungspositionen für die Heizungsrückleitung benötigt werden. Diesem Vorteil steht ein gewisser Nachteil gegenüber, der sich daraus ergibt, dass die wärmeaktive Masse des Bypasszweigs im Warmlauf mit aufgeheizt werden muss. Dies wirkt sich speziell bei sehr hohem Temperaturabfall bei hoher Heizleistungsentnahme relativ wenig auf die Heizleistung aus, im gesetzlichen Abgastest ohne Kabinenbeheizung etwas mehr. Diese Effekte sind jedoch von einer Größenordnung, dass je nach Bypassleitungsquerschnitt und je nach Package-Situation die Ausführung gemäß 9 zu bevorzugen ist. Bereits ohne die Integration der el. Kühlmittelpumpe 2 und erst recht mit deren Integration ist hier wiederum die Verwendung hocheffizienter Kabinenwärmetauscher und kleiner Heizleitungsdurchmesser sehr vorteilhaft zur Minimierung der Baugröße des Ventils, zur Minimierung der Leitungskosten und zur Minimierung der wärmeaktiven Massen.This particularly advantageous property is retained even if the return flow from the heating heat exchanger is integrated into the common housing of the bypass valve 6bv. As an example for the in 4-8 shows bypass valve variants shown 9 a corresponding integration of the Heating return by means of the connection 80 . This embodiment of the bypass valve offers the advantage of a particularly compact design. Even if the package is already very cheap in view of the small coolant line diameter, this is an additional simplification, since in particular fewer or no fastening positions are required for the heating return line. This advantage is offset by a certain disadvantage, which results from the fact that the heat-active mass of the bypass branch must also be heated up during warm-up. This has relatively little effect on the heating output, especially in the case of a very high temperature drop with high heating output, and somewhat more in the statutory emissions test without cabin heating. However, these effects are of an order of magnitude that, depending on the bypass line cross-section and depending on the package situation, the execution according to 9 is preferable. Even without the integration of the electronic coolant pump 2 and even more so with their integration, the use of highly efficient cabin heat exchangers and small heating line diameters is very advantageous for minimizing the size of the valve, for minimizing the line costs and for minimizing the heat-active masses.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind insbesondere durch eine sehr hohe Betriebssicherheit, auch bei Ausfall einzelner Bauteile ausgezeichnet. So übernimmt z.B. das Dehnstoffelement 6bs in besonders sicheren Ausführungsbeispielen die Sicherheitsüberwachung gegen Überhitzung.The devices according to the invention are distinguished in particular by a very high level of operational reliability, even if individual components fail. For example, the expansion element 6bs takes over the safety monitoring against overheating in particularly safe embodiments.

Eine besonders vorteilhafte Hierarchie zur Sicherheitsüberwachung in der Motorteillast sieht dabei folgendermaßen aus:

  1. 1. Bei geschlossenem Bypass 6b stellt die el. Pumpe 2 einen so solchen Kühlmitteldurchsatz im Heizungszweig ein, dass die Kühlmittel- oder Motorbauteiltemperatur einen ersten Grenzwert nicht überschreitet.
  2. 2. Stellt die Motorsteuerung fest, dass der erste Grenzwert überschritten wird, so wird der Kühlmitteldurchsatz durch den Motor durch schrittweites oder gepulstes Öffnen des Bypassventils 6b solange erhöht, bis dieser Grenzwert wieder unterschritten wird.
  3. 3. Stellt die Motorsteuerung fest, dass der erste Grenzwert permanent überschritten wird, so wird der Kühlmitteldurchsatz durch die Kabinenheizung unabhängig von der vom Klimarechner vorgegebenen Stellung auf erhöhte Werte eingestellt. Die luftseitige Temperaturregelung kompensiert gegebenenfalls die Luftaustrittstemperatur mittels des luftseitigen Bypassklappe, soweit dies möglich ist, so dass die Auswirkungen auf den Heizkomfort klein gehalten werden.
  4. 4. Reicht die Vorgehensweise aus 3. nicht, so erfolgt ab einem zweiten Grenzwert ein vollständiges Ausschalten der Kabinenheizung, wiederum indem die Motorsteuerung den Klimarechner übersteuert.
  5. 5. Sind Maßnahmen gemäß 3. und/oder 4. notwendig geworden, so wird dies in der Fehlerdiagnose abgespeichert und bei wiederholtem Auftreten dem Fahrer angezeigt.
  6. 6. Als zusätzliche Absicherung kann wahlweise ein Dehnstoffaktuator 6bs eingesetzt werden, der den Bypass 6b öffnet. Die Öffnungstemperatur wird dabei bevorzugt so gewählt, dass sie erst nach dem Aktivieren der Schritte gemäß 3. und 4. eingreift, so dass eine sichere Fehlerdiagnose möglich ist.
A particularly advantageous hierarchy for safety monitoring in the partial engine load looks like this:
  1. 1. With the bypass closed 6b sets the el. pump 2 such a coolant throughput in the heating branch that the coolant or engine component temperature does not exceed a first limit value.
  2. 2. If the engine control determines that the first limit value has been exceeded, the coolant throughput through the engine is increased by opening the bypass valve step-by-step or pulsed 6b increased until the value falls below this limit again.
  3. 3. If the engine control determines that the first limit value is permanently exceeded, the coolant throughput through the cabin heater is set to increased values regardless of the position specified by the climate computer. The air-side temperature control compensates, if necessary, the air outlet temperature by means of the air-side bypass flap, as far as this is possible, so that the effects on heating comfort are kept small.
  4. 4. If the procedure from 3. is not sufficient, the cabin heating is switched off completely from a second limit value, again in that the engine control overrides the air conditioning computer.
  5. 5. If measures according to 3 and / or 4 have become necessary, this is stored in the error diagnosis and indicated to the driver if it occurs repeatedly.
  6. 6. As an additional safeguard, an expansion material actuator 6bs can be used to control the bypass 6b opens. The opening temperature is preferably selected in such a way that it only intervenes after the steps according to 3 and 4 have been activated, so that a reliable error diagnosis is possible.

Dies ist jedoch nur eine der vielen möglichen Sicherheitsstrategien. So kann der Dehnstoffaktuator 6bs alternativ auch dazu verwendet werden, bereits bei Erreichen des ersten Grenzwerts einen temperaturgeregelten Durchfluss im Bypasszweig 6b vorzunehmen, so dass die el. Betätigung des Bypassventils nur noch zur Schnellabschaltung der Heißkühlung benötigt wird. Gegebenfalls kann dabei die el. Schaltfunktion des Bypassventils 6bv sogar entfallen und hierzu eine sehr starke Erhöhung des Kühlmitteldurchflusses im Heizungskreislauf mittels der Motorsteuerung aktiviert werden.However, this is just one of the many possible security strategies. Thus, the expansion material actuator 6bs can alternatively also be used to provide a temperature-controlled flow in the bypass branch as soon as the first limit value is reached 6b so that the electrical actuation of the bypass valve is only required to quickly switch off the hot cooling. If necessary, the electrical switching function of the bypass valve 6bv can even be omitted and, for this purpose, a very strong increase in the coolant flow in the heating circuit can be activated by means of the motor control.

In diesem Zusammenhang ist insbesondere die Zusatzabsicherung extrem robust, die sich durch das wahlweise Übersteuern des Klimarechners durch die Motorsteuerung 20 bezüglich der Heizleistungsentnahme ergibt: Selbst bei Ausfall der el. Betätigung des Bypassventils 6bf, der überlagerten Ausschaltung mittels Dehnstoffaktuator 6bs und selbst bei in beliebiger Position klemmendem Bypassventil 6bv, z.B. in der Ausgestaltung gemäß 5, ist damit sichergestellt, dass die Motorsteuerung 20 bei Überhitzungsgefahr den Kühlerthermostaten 6 öffnen kann, indem sie den Durchfluss im Heizungskreislauf aktiviert aber keine Wärme für Heizzwecke zulässt.In this context, the additional protection, in particular, is extremely robust, which is achieved by the optional overriding of the air conditioning computer by the engine control 20th with regard to the heating power extraction results: Even if the electrical actuation of the bypass valve 6bf fails, the superimposed switch-off by means of the expansion material actuator 6bs and even if the bypass valve 6bv is jammed in any position, for example in the configuration according to 5 , it is thus ensured that the motor control 20th the radiator thermostat if there is a risk of overheating 6th can open by activating the flow in the heating circuit but does not allow heat for heating purposes.

Mit anderen Worten, die Absicherung gegen Überhitzen, wie sie insbesondere mit dem Bypassventil 6bv mit el. Aktuator 6bf und Dehnstoffaktuator 6bs realisiert ist, ist zwar unter dem Gesichtspunkt mehrfacher Absicherung und angesichts der geringen Fertigungskosten für Heiz- und Kühlvorrichtungen mit Bypassventilen gemäß 4-9 sehr vorteilhaft, aber eigentlich in Bezug auf eine ausreichende Betriebssicherheit nicht zwingend nötig.In other words, the protection against overheating, as it is realized in particular with the bypass valve 6bv with electronic actuator 6bf and expansion material actuator 6bs, is in accordance with the aspect of multiple protection and in view of the low production costs for heating and cooling devices with bypass valves 4-9 very advantageous, but actually not absolutely necessary with regard to sufficient operational safety.

Unter Beachtung der beschriebenen Wechselwirkungen kann daher bei entsprechend vernetzter Hierarchie zwischen Motorsteuerung und Klimasteuerung wahlweise auch auf den el. Aktuator 6bf oder den Dehnstoffaktuator 6bs verzichtet werden. Insbesondere wird dann bei fehlerhaftem bzw. unplausiblem Temperaturmesssignal der Motorsteuerung gegebenenfalls der Aktuator 6bf von der Motorsteuerung automatisch in die Stellung „Bypass offen“ gefahren.If the described interactions are taken into account, the electronic actuator 6bf or the expansion material actuator 6bs can optionally be dispensed with with a correspondingly networked hierarchy between engine control and air conditioning control. In particular, in the event of an incorrect or implausible temperature measurement signal from the engine control, the actuator 6bf is automatically moved to the “bypass open” position by the engine control.

Diese Schlussfolgerung bezüglich weiterer Kosteneinsparung gilt bereits bei der besonders bevorzugten Vorgehensweise mit kleinen Kühlmittelleitungsquerschnitten und hohen Druckverlusten in den Leitungen und dem Heizungswärmetauscher und erst recht bei einem Regelbereich des Kühlmitteldurchsatzes im Heizkreislauf von kleinen bis hin zu sehr hohen Werten.This conclusion with regard to further cost savings already applies to the particularly preferred procedure with small coolant line cross-sections and high pressure losses in the lines and the heating heat exchanger and even more so with a control range of the coolant throughput in the heating circuit from small to very high values.

Diese Vorgehensweise, 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 herbeiführt und auf diesem Wege über das gezielte Herbeiführen eines reduzierten Temperaturabfalls am Heizungswärmetauscher bei erhöhtem Durchfluss und/oder reduzierter Heizleistungsentnahme den Kühlerthermostaten 6 bei Bedarf öffnet, ist für Motorkühl- und Heizsysteme mit und ohne Bypasszweig 6b anwendbar.This procedure that the engine control 20th for thermal protection in the event of a risk of overheating, the air conditioning control system overrides, in particular that it drives the power of an electric pump 2 increased and / or a flow control valve 15th opens and / or an air-side bypassing of the cabin heat exchanger 4th with the air temperature control 5 of the heater and in this way the radiator thermostat by specifically bringing about a reduced temperature drop at the heating heat exchanger with increased flow and / or reduced heating power consumption 6th opens when required, is for engine cooling and heating systems with and without bypass branch 6b applicable.

Die Anwendung in Motorkühlsystemen ohne Kühlmittelbypass 6b ist insbesondere dann vorteilhaft möglich, wenn die Basisauslegung des Heizkreislaufs relativ hohe Kühlmitteldurchsätze erlaubt und Mittel 15 und/oder 2 zur feinfühligen Steuerung des Kühlmitteldurchsatzes mittels der Motorsteuerung verfügbar sind. Dabei sollte sich der Durchflussregelbereich von geringen bis hin zu relativ hohen Werten erstrecken, bevorzugt ist hier sogar ein Durchflussregelbereich von 1-15 l/min und mehr anzustreben. Bei Ausfall der Mittel 15 oder 2 zur Durchsatzregelung stellt ein hinreichend großer Leckagestrom von beispielsweise 1 l/min sicher, dass mittels motorsteuerungsseitiger Deaktivierung der Heizung ein sicheres Öffnen des Thermostaten 6 möglich ist. Zur zusätzlichen Absicherung kann auch hier das erfindungsgemäße Bauteildesign mit Magnetaktuator 6bf und überlagertem Dehnstoffaktuator 6bs in angepasster Form angewendet werden. Hierzu muss, z.B. ausgehend vom Ventil gemäß 7, lediglich der Abfluss 72 entfernt werden, der zweite Dichtsitz 65b entfällt und der Anschluss 68 ist nicht mehr der Anschluss zum Bypass sondern neue Anschluss zum Heizungswärmetauschereintritt. Der Leckagestrom von z.B. 1 l/min wird gegebenenfalls mittels einer kleinen Bohrung im Ventilsitzblech 65 realisiert. Wahlweise genügt es aber auch, das Ventil so an einer geeigneten Stelle im Heizungsvorlauf anzuordnen, dass das Öffnen bei zu hoher Kühlwassertemperatur auch über Thermosyphonwirkung sichergestellt ist. Im Vergleich zu den aus technischer Sicht sicherlich wirksameren Varianten mit Bypasszweig 6b sind derartige Varianten ohne Bypasszweig 6b insbesondere dadurch ausgezeichnet, dass sie insbesondere für sehr einfache und primär auf hohe Robustheit bei geringen Kosten ausgerichtete Motorkonzepte mit moderater spezifischer Leistung immer noch ein ausgesprochen gutes Kosten/Nutzenverhältnis aufweisen.Use in engine cooling systems without a coolant bypass 6b is particularly advantageous if the basic design of the heating circuit allows relatively high coolant throughputs and means 15th and or 2 are available for sensitive control of the coolant throughput using the engine control. The flow control range should extend from low to relatively high values; a flow control range of 1-15 l / min and more is preferred. If the funds fail 15th or 2 For throughput control, a sufficiently large leakage flow of, for example, 1 l / min ensures that the thermostat is reliably opened by deactivating the heating on the engine control side 6th is possible. For additional protection, the component design according to the invention with a magnetic actuator 6bf and a superimposed expansion material actuator 6bs can also be used in an adapted form. To do this, for example, starting from the valve in accordance with 7th , just the drain 72 removed, the second sealing seat 65b omitted and the connection 68 is no longer the connection to the bypass but a new connection to the heating heat exchanger inlet. The leakage flow of, for example, 1 l / min is determined by means of a small hole in the valve seat plate 65 realized. Optionally, however, it is also sufficient to arrange the valve at a suitable point in the heating flow so that opening is also ensured by the thermosyphon effect when the cooling water temperature is too high. Compared to the technically more effective variants with a bypass branch 6b are such variants without a bypass branch 6b They are distinguished in particular by the fact that they still have an extremely good cost / benefit ratio, in particular for very simple engine concepts that are primarily geared towards high robustness at low costs and with moderate specific power.

Claims (12)

Verfahren zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs für Kraftfahrzeuge mit einer durch Kühlmittel gekühlten Brennkraftmaschine (1) mit einem Fahrzeugkühler (8), einem Heizungswärmetauscher (4), Kühlmittelleitungen (4a, 6a) zur Förderung eines flüssigen Kühlmittels in einem Kühlerkreislauf von der Brennkraftmaschine (1) zum Fahrzeugkühler (8) und zurück zur Brennkraftmaschine (1) sowie in einem Heizungskreislauf von der Brennkraftmaschine (1) zum Heizungswärmetauscher (4) und zurück zur Brennkraftmaschine (1), einer luftseitigen Temperaturregelung (5) der in die Kabine geförderten Luft, einem Thermostatventil (6), welches zur Kontrolle der Kühlmitteltemperatur den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine (1) und den Fahrzeugkühler (8) regelt, einer elektronischen Motorsteuerung (20) und einem von der elektronischen Motorsteuerung (20) beeinflussbaren Durchflussbegrenzungsmittel (2, 15, 2+70) im Heizungskreislauf, welches den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine (1) in Abhängigkeit von deren Kühlbedarf zusätzlich variiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmitteldurchsatz durch den Heizungswärmetauscher (4) und/oder sonstige auch bei geschlossenem Thermostatventil (6) durchströmte Kühlmittelzweige so stark begrenzt wird, dass in einem Warmlauf mit ausgeschalteter Heizung während des Warmlaufs gar kein Kühlmittel oder ein sehr geringer Kühlmittelstrom durch die Brennkraftmaschine (1) eingestellt ist und dass der Kühl- und Heizungskreislauf einen bei geschlossenem Thermostatventil (6) durchströmbaren Bypasskreislauf mit Bypasszweig (6b) aufweist, der den Fahrzeugkühler (8) umgeht und dem ein Zusatzventil (6bv) zugeordnet ist, zur zusätzlichen Beeinflussung des Kühlmittelstroms durch die Brennkraftmaschine (1).Method for operating a cooling and heating circuit for motor vehicles with an internal combustion engine (1) cooled by coolant with a vehicle radiator (8), a heating heat exchanger (4), coolant lines (4a, 6a) for conveying a liquid coolant in a radiator circuit from the internal combustion engine ( 1) to the vehicle radiator (8) and back to the internal combustion engine (1) and in a heating circuit from the internal combustion engine (1) to the heating heat exchanger (4) and back to the internal combustion engine (1), an air-side temperature control (5) of the air conveyed into the cabin, a thermostatic valve (6) which regulates the coolant throughput through the internal combustion engine (1) and the vehicle radiator (8) in order to control the coolant temperature, an electronic engine control (20) and a flow-limiting means (2, 15, 2) that can be influenced by the electronic engine control (20) +70) in the heating circuit, which controls the coolant throughput through the internal combustion engine (1) additionally varies depending on their cooling requirements, characterized in that the coolant throughput through the heating heat exchanger (4) and / or other coolant branches through which the thermostat valve (6) flows is so severely limited that a warm-up with the heating switched off during the Warm-up, no coolant at all or a very low coolant flow through the internal combustion engine (1) is set and that the cooling and heating circuit has a bypass circuit with a bypass branch (6b) through which the thermostat valve (6) can flow, which bypasses the vehicle radiator (8) and the one Additional valve (6bv) is assigned to additionally influence the coolant flow through the internal combustion engine (1). Verfahren zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs für Kraftfahrzeuge mit einer durch Kühlmittel gekühlten Brennkraftmaschine (1) mit einem Fahrzeugkühler (8), einem Heizungswärmetauscher (4), Kühlmittelleitungen (4a, 6a) zur Förderung eines flüssigen Kühlmittels in einem Kühlerkreislauf von der Brennkraftmaschine (1) zum Fahrzeugkühler (8) und zurück zur Brennkraftmaschine (1) sowie in einem Heizungskreislauf von der Brennkraftmaschine (1) zum Heizungswärmetauscher (4) und zurück zur Brennkraftmaschine (1), einer luftseitigen Temperaturregelung (5) der in die Kabine geförderten Luft, einem Thermostatventil (6), welches zur Kontrolle der Kühlmitteltemperatur den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine (1) und den Fahrzeugkühler (4) regelt, einer elektronischen Motorsteuerung (20) und einem von der elektronischen Motorsteuerung (20) beeinflussbaren Durchflussbegrenzungsmittel (2, 15, 2+70) im Heizungskreislauf, welches den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine (1) in Abhängigkeit von deren Kühlbedarf zusätzlich variiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmitteldurchsatz durch den Heizungswärmetauscher (4) und/oder sonstige auch bei geschlossenem Thermostatventil durchströmte Kühlmittelzweige so stark begrenzt wird, dass in einem Warmlauf mit ausgeschalteter Heizung während des Warmlaufs gar kein Kühlmittel oder ein sehr geringer Kühlmittelstrom durch die Brennkraftmaschine (1) eingestellt ist und dass das Durchsatzbegrenzungsmittel (15, 2+70) von der Motorsteuerung (20) geöffnet wird, so dass der Heizungswärmetauscher (4) durchströmt wird, aber mittels der luftseitigen Temperaturregelung (5) keine Wärmeentnahme für Kabinenheizzwecke zugelassen wird.Method for operating a cooling and heating circuit for motor vehicles with an internal combustion engine (1) cooled by coolant with a vehicle radiator (8), a heating heat exchanger (4), coolant lines (4a, 6a) for conveying a liquid coolant in a radiator circuit from the internal combustion engine ( 1) to the vehicle radiator (8) and back to the internal combustion engine (1) and in a heating circuit from the internal combustion engine (1) to the heating heat exchanger (4) and back to the internal combustion engine (1), an air-side temperature control (5) of the air conveyed into the cabin, a thermostatic valve (6) which regulates the coolant throughput through the internal combustion engine (1) and the vehicle radiator (4) to control the coolant temperature, an electronic engine control (20) and a flow-limiting means (2, 15, 2) that can be influenced by the electronic engine control (20) +70) in the heating circuit, which controls the coolant throughput through the internal combustion engine (1) also varies depending on their cooling requirements, characterized in that the coolant throughput through the heating heat exchanger (4) and / or other coolant branches through which the thermostat valve is closed is so severely limited that in a warm-up with the heating switched off during warm-up, none at all Coolant or a very low coolant flow through the internal combustion engine (1) is set and that the throughput limiting means (15, 2 + 70) is opened by the engine control (20) so that the heating heat exchanger (4) is flown through, but by means of the air-side temperature control ( 5) no heat extraction for cabin heating purposes is permitted. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelstrom durch die Brennkraftmaschine (1) auf 0 bis 2 l/min eingestellt wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the coolant flow through the internal combustion engine (1) is set to 0 to 2 l / min. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein bei geschlossenem Thermostatventil (6) durchströmbarer Motorentlüftungskreislauf mit Kühlmittelleitung (9a) zur Förderung des flüssigen Kühlmittels von der Brennkraftmaschine (1) zu einem Kühlmittelbehälter (9) und zurück zur Brennkraftmaschine (1) vorgesehen ist, wobei der Kühlmitteldurchsatz im Heizungswärmetauscher- und im Entlüftungskreislauf während des Warmlaufs möglichst gering, bevorzugt temporär sogar gleich Null ist.Method according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that an engine ventilation circuit with coolant line (9a) through which the thermostat valve (6) is closed is provided for conveying the liquid coolant from the internal combustion engine (1) to a coolant container (9) and back to the internal combustion engine (1), the coolant throughput in Heating heat exchanger and in the ventilation circuit during the warm-up as low as possible, preferably even temporarily equal to zero. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühl- und Heizungskreislauf einen bei geschlossenem Thermostatventil (6) durchströmbaren Bypasskreislauf mit Bypasszweig (6b) aufweist, der den Fahrzeugkühler (8) bypasst und dem ein Zusatzventil (6bv) zugeordnet ist, zur zusätzlichen Beeinflussung des Kühlmittelstroms durch die Brennkraftmaschine (1).Procedure according to Claim 2 , characterized in that the cooling and heating circuit has a bypass circuit with a bypass branch (6b) through which the thermostat valve (6) can flow, which bypasses the vehicle radiator (8) and to which an additional valve (6bv) is assigned, for additionally influencing the coolant flow through the Internal combustion engine (1). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Teilbereiche der Brennraumwände so warm werden, dass im Wassermantel lokal Blasensieden einsetzt.Method according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that parts of the combustion chamber walls become so warm that nucleate boiling begins locally in the water jacket. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchsatzbegrenzungsmittel (15, 2+70) von der Motorsteuerung (20) geöffnet wird, so dass der Heizungswärmetauscher (4) durchströmt wird, aber mittels der luftseitigen Temperaturregelung (5) keine Wärmeentnahme für Kabinenheizzwecke zugelassen wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the throughput limiting means (15, 2 + 70) is opened by the engine control (20) so that the heating heat exchanger (4) is flown through, but by means of the air-side temperature control (5) no heat extraction for cabin heating purposes is permitted. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Annäherung an die kritische Kühlmittelaustrittstemperatur aus der Brennkraftmaschine (1) der Bypassvolumenstrom nach und nach erhöht wird.Method according to one of the Claims 1 to 7th , characterized in that as the critical coolant outlet temperature from the internal combustion engine (1) is approached, the bypass volume flow is gradually increased. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, für Kraftfahrzeuge mit einer Klimaanlagensteuerung, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (20) zur thermischen Absicherung bei Überhitzungsgefahr die Klimaanlagensteuerung übersteuert indem das Durchflussbegrenzungsmittel (2, 15, 2+70) geöffnet wird und/oder ein luftseitiges Bypassen des Kabinenwärmetauschers (4) mit der luftseitigen Temperaturregelung (5) des Heizgerätes herbeigeführt wird.Method according to one of the Claims 1 to 8th , for motor vehicles with an air conditioning control, characterized in that the engine control (20) for thermal protection in the event of a risk of overheating the air conditioning control is overridden by opening the flow limitation means (2, 15, 2 + 70) and / or bypassing the cabin heat exchanger (4) on the air side with the heating device's air-side temperature control (5). Kühl- und Heizungskreislauf für Kraftfahrzeuge mit einer durch Kühlmittel gekühlten Brennkraftmaschine (1) mit einem Fahrzeugkühler (8), einem Heizungswärmetauscher (4), Kühlmittelleitungen (4a, 6a) zur Förderung eines flüssigen Kühlmittels in einem Kühlerkreislauf von der Brennkraftmaschine (1) zum Fahrzeugkühler (8) und zurück zur Brennkraftmaschine (1) sowie in einem Heizungskreislauf von der Brennkraftmaschine (1) zum Heizungswärmetauscher (4) und zurück zur Brennkraftmaschine (1), einer luftseitigen Temperaturregelung (5) der in die Kabine geförderten Luft, einem Thermostatventil (6), welches zur Kontrolle der Kühlmitteltemperatur den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine (1) und den Fahrzeugkühler (8) regelt, einer elektronischen Motorsteuerung (20) und einem von der elektronischen Motorsteuerung (20) beeinflussbaren Durchflussbegrenzungsmittel (2, 15, 2+70) im Heizungskreislauf, welches den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine (1) in Abhängigkeit von deren Kühlbedarf bei ausgeschalteter Heizung zusätzlich variiert, sowie einem bei geschlossenem Thermostatventil (6) durchströmbaren Bypasszweig (6b) mit Zusatzventil (6bv), der den Fahrzeugkühler (8) umgeht, zur zusätzlichen Beeinflussung des Kühlmittelstroms durch die Brennkraftmaschine (1).Cooling and heating circuit for motor vehicles with an internal combustion engine (1) cooled by coolant a vehicle radiator (8), a heating system heat exchanger (4), Coolant lines (4a, 6a) for conveying a liquid coolant in a cooling circuit from the internal combustion engine (1) to the vehicle radiator (8) and back to the internal combustion engine (1) and in a heating circuit from the internal combustion engine (1) to the heating heat exchanger (4) and back to Internal combustion engine (1), an air-side temperature control (5) of the air conveyed into the cabin, a thermostatic valve (6), which is used to control the Coolant temperature regulates the coolant throughput through the internal combustion engine (1) and the vehicle radiator (8), an electronic engine control (20) and one of the electronic engine control (20) can be influenced Flow limiting means (2, 15, 2 + 70) in the heating circuit, which additionally varies the coolant throughput through the internal combustion engine (1) as a function of its cooling requirement when the heating is switched off, and one through which the thermostatic valve (6) is closed Bypass branch (6b) with an additional valve (6bv) which bypasses the vehicle radiator (8) for additional influencing of the coolant flow through the internal combustion engine (1). Kühl- und Heizkreislauf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Motorsteuerung (20) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hinterlegt ist.Cooling and heating circuit according to Claim 10 , characterized in that in the engine control (20) the method according to one of the Claims 1 to 9 is deposited. Kraftfahrzeug mit einem Kühl- und Heizkreislauf nach einem der Ansprüche 10 bis 11.Motor vehicle with a cooling and heating circuit according to one of the Claims 10 to 11 .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE4032701A1 (en) * 1990-10-15 1992-06-25 Schatz Oskar Piston IC engine cooling system - has switchable coolant pump in cooling circuit, and second pump for selective temp. control
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