DE19608748A1

DE19608748A1 - Kühlwasser-Umwälzsystem für den Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE19608748A1
Application number: DE19608748A
Authority: DE
Inventors: Toshio Morikawa; Yoshimitsu Inoue; Hikaru Sugi; Shinji Aoki; Yasutoshi Yamanaka
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-03-08
Filing date: 1996-03-06
Publication date: 1996-09-12
Anticipated expiration: 2016-03-07
Also published as: JPH08246873A; US5730089A; DE19608748B4; JP3525538B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlwasser-Umwälzsystem bei einem wassergekühlten Verbrennungsmotor, der in einem Fahrzeug ein gebaut ist, und insbesondere betrifft die Erfindung ein Kühl wasser-Umwälzsystem, das den Grad der Kraftstoffausnutzung und die Umweltverschmutzung durch die Abgase durch geeignete Steuerung der Kühlwassertemperatur usw. erheblich verbessern kann.

Da die Erdölvorkommen zunehmend knapp werden und die Umwelt in den letzten Jahren mehr und mehr beeinträchtigt worden ist, sind weitere Verbesserungen des Grades der Kraft stoffausnutzung und der Reinigung der Abgase von Fahrzeugen in hohem Maße erforderlich.

Es sind zahlreiche Versuche zur Verbesserung des Grades der Kraftstoffausnutzung und der Umweltverschmutzung durch die Abgase von Fahrzeugen während der Fahrt derselben mittels des praktischen Einsatzes von Magermotoren durchgeführt worden. Jedoch hat sich bisher kein wirksames Verfahren zur Verbesse rung des Grades der Kraftstoffausnutzung und der Umweltver schmutzung während des Warmlauf des Motors herausgestellt.

Beispielsweise ist in der Praxis ein Fernsteuerungsanlasser verwendet worden, der zur Fernsteuerung des Anlassens des Mo tors an einer vom Fahrzeug abgelegenen Stelle geeignet ist. Dieser Fernsteuerungsanlasser kann die Wartezeit für den Warmlauf nach dem Einstieg des Fahrers in ein Fahrzeug ver kürzen, jedoch wird hierdurch kein Beitrag zur Verbesserung des Grades der Kraftstoffausnutzung und der Umweltverschmut zung durch die Abgase während des Warmlaufs des Motors gelei stet.

In der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) 1-172 015 ist ein Kühlwasser-Umwälzsystem mit einem Wärmesam melbehälter mit einer Wärmeisolierstruktur vorgeschlagen, der in einem Kühlwasser-Umwälzkreis eines Verbrennungsmotors an geordnet ist. Der Wärmesammelbehälter sammelt Kühlwasser ho her Temperatur, das während des Betriebs des Verbrennungsmo tors dort eintrifft, und das heiße Kühlwasser kann dann vom Wärmesammelbehälter in den Heizkern einer Klimaanlage zum Aufheizen des Fahrgastraums eines Fahrzeugs beim nächsten An lassen des Motors verwendet werden, während sich der Motor im Warmlaufzustand befindet und die Temperatur des Kühlwassers noch niedrig ist.

Bei dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik wird je doch das Kühlwasser hoher Temperatur, das vom Wärmesammelbe hälter aus in den Heizkern eingeführt wird, einem Wärmeaus tausch mit der Luft unterzogen, die mittels des Gebläses der Klimaanlage in den Heizkern eingeblasen wird, und sinkt seine Temperatur drastisch. Demzufolge sinkt die Temperatur des zum Motor zurückgeführten Kühlwassers. Obwohl Kühlwasser hoher Temperatur im Kühlwassersammelbehälter gesammelt wird, wird dennoch die Leistung des Warmlaufs nicht verbessert, und wer den der Grad der Kraftstoffausnutzung und die Umweltver schmutzung durch die Abgase während des Warmlauf des Motors nicht verbessert.

In Hinblick auf das vorstehend angegebene Problem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neues Kühlwasser-Umwälz system bei dem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs zu schaffen, das die Senkung der Kraftstoffkosten und die Reinigung der Abgase, insbesondere während des Warmlaufs des Motors, wir kungsvoll erzielen läßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe macht die Erfindung von den nach folgend angegebenen technischen Mitteln Gebrauch.

Erfindungsgemäß können gemäß Angabe in Anspruch 1 bis 11 bei spielsweise das Schmieröl eines Verbrennungsmotors und das Arbeitsöl eines Automatikgetriebes wirkungsvoll mit Hilfe von Wärmetauschern erwärmt werden, die die Wärme des in einem zum Aufheizen des Fahrgastraums vorgesehenen Wärmesammelbehälter gesammelten Kühlwassers, das eine hohe Temperatur besitzt, mit dem Motoröl und dem Automatikgetriebe-Öl austauschen. Das Kühlwasser verhältnismäßig hoher Temperatur nach dem Durch tritt durch die Wärmetauscher kann dann zum Motor zurückge führt werden. Daher kann der Warmlauf des Motors wirkungsvoll durchgeführt werden, und können eine Senkung der Kraft stoffkosten und eine Reinigung der Abgase erreicht werden.

Insbesondere kann dann, wenn die Außenlufttemperatur, bei spielsweise im Winter, niedrig ist, die Einlaßluft für den Motor wirksam erwärmt werden, und kann Kühlwasser mit einer verhältnismäßig hoher Temperatur nach dem Erwärmen der Ein laßluft zum Motor zurückgeführt werden. Entsprechend können die Senkung der Kraftstoffkosten und der Reinigung der Abgase wirkungsvoll erreicht werden.

Insbesondere steuert gemäß Anspruch 3 der Erfindung die Steuerungseinrichtung ein Strömungssteuerungsventil und ein Gebläse derart, daß das Strömungssteuerungsventil vollständig geöffnet und das Gebläse angehalten ist, wenn sich der Motor im Warmlaufzustand befindet. Daher können das Öl und die Ein laßluft ohne Wärmeabstrahlung im Heizkern wirkungsvoll er wärmt werden, und kann Kühlwasser verhältnismäßig hoher Tem peratur in den Verbrennungsmotor eingeführt werden. Auf diese Weise können die Senkung der Kraftstoffkosten und die Reini gung der Abgase noch wirkungsvoller erreicht werden.

Insbesondere gemäß Anspruch 4 der Erfindung steuert die Steuerungseinrichtung das Strömungssteuerungsventil und das Gebläse entsprechend einem Klimatisierungsprogramm nach Been digung des Warmlaufs. Die Öffnung des Strömungssteuerungsven tils wird in der Winterzeit groß, und die Strömungsrate des Kühlwassers zum aufwärmenden Heizkern hin nimmt zu. Folglich wird die Kühlwassertemperatur am Auslaß des Heizkerns hoch, und kann das Kühlwasser das Öl oder die Einlaßluft erwärmen.

Weil die in der Zeit vom Frühjahr bis zum Herbst von dem auf wärmenden Heizkern benötigte Heizkapazität klein ist, ist in dieser Zeit die Öffnung des Strömungssteuerungsventils klein, und nimmt die Strömungsrate des Kühlwassers zum Heizkern hin ab. Folglich wird die Kühlwassertemperatur am Auslaß des Heizkerns niedriger, und können das Öl oder die Einlaßluft gekühlt werden.

Diese und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung sind deutlicher aus der nachfolgenden Detailbeschreibung bei deren Betrachtung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen er sichtlich, in denen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Schaltung eines Kühlwasser-Umwälzsystems bei einem Verbrennungsmo tor gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausfüh rungsform;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Schaltung eines Teils des Kühlwasser-Umwälzsystems von Fig. 1 zur Erläuterung der Arbeitsweise des Strömungssteue rungsventils;

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Querschnitts durch das Strömungssteuerungsventil von Fig. 2;

Fig. 4 ein Fließdiagramm zur Erläuterung eines Beispiels des Steuerungsvorgangs bei der ersten Ausführungs form der Erfindung und

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Wärmesammelbehälter einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Fig. 1 bis 4 zeigen die erste Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Verbrennungsmotor zum Antrieb eines Fahrzeugs, wobei der Motor ein wassergekühlter Motor mit einem Kühlwasser-Umwälzkreis ist. 2 bezeichnet einen Küh ler, der im Kühlwasser-Umwälzkreis angeordnet ist, um Kühl wasser durch Austauschen der Wärme von Luft, die mittels eines Kühlgebläses 2a geblasen wird, mit der Wärme von Kühl wasser im Motor 1 zu kühlen. 3 bezeichnet eine vom Motor an getriebene Wasserpumpe zum Umwälzen von Kühlwasser durch den Kühlwasser-Umwälzkreis hindurch.

4 bezeichnet einen Heizkern (Wärmetauscher) zum Erwärmen von mittels eines Gebläses 5 gelieferter Klimatisierungsluft durch Austauschen der Wärme des Kühlwassers mit der Wärme der Klimatisierungsluft (nicht dargestellt). Der Heizkern 4 ist in einem Klimatisierungskanal an der stromabwärtigen Seite eines Verdampfers bei einem Kühlsystem angeordnet, und mit tels des Verdampfers gekühlte Luft wird mittels des Heizkerns 4 auf eine vorbestimmte Temperatur wieder erwärmt, um die Temperatur der in den Fahrgastraum einzublasenden Luft zu steuern. Das Gebläse 5 ist ein Elektrogebläse, das mittels eines Motors 5a angetrieben wird.

Ein Strömungssteuerungsventil 6 ist im Kühlwasser-Umwälzkreis an der Strömungseintrittsseite des Heizkerns 4 für das Kühl wasser angeordnet. Wenn die Strömungsrate des in den Heizkern 4 einströmenden Kühlwassers (heißes Wasser) durch Regelung der Ventilöffnung dieses Strömungssteuerungsventils 6 gesteu ert wird, können die Heizmenge des Heizkerns 4 und schließ lich die Temperatur der in den Fahrgastraum einzublasende Luft gesteuert werden.

7 bezeichnet einen Bypasskreis, der im Kühlwasser-Umwälzkreis parallel zum Heizkern 4 angeordnet ist. Das Strömungssteue rungsventil 6 bei dieser Ausführungsform besteht in einem Drei-Wege-Ventil zur Steuerung der Strömung des Kühlwassers in den Heizkern 4 und in den Bypasskreis 7, und die Ventilöff nung dieses Strömungssteuerungsventils 6 kann mittels eines Servomotors 6a kontinuierlich und elektrisch gesteuert wer den.

8 bezeichnet einen Luftfilter zum Reinigen der in den Motor eintretenden Einlaßluft, und 9 bezeichnet einen Einlaßluft- Wärmetauscher, der im Luftfilter 8 angeordnet ist und die in den Motor 1 eintretende Einlaßluft und das Kühlwasser einem Wärmeaustausch aussetzt. Der Einlaßluft-Wärmetauscher 9 ist im Kühlwasser-Umwälzkreis in Reihe zum Heizkern 4 und an der stromabwärtigen Seite des Heizkerns 4 angeordnet. Der Kühl wasser-Umwälzkreis vereinigt sich mit dem Bypasskreis 7 an einer Stelle A an der stromabwärtigen Seite des Einlaßluft- Wärmetauschers 8.

10 bezeichnet einen ersten Öl-Wärmetauscher, um Motoröl und Kühlwasser einem Wärmeaustausch auszusetzen, und 11 bezeich net einen zweiten Öl-Wärmetauscher, um Automatikgetriebe-Öl und Kühlwasser einem Wärmeaustausch zu unterziehen. Diese Öl- Wärmetauscher 10 und 11 sind parallel zueinander zwischen dem Vereinigungspunkt A und einem Bereich 12 des Kühlwasserkreis bereiches angeordnet, der mit der Einlaßseite der Wasserpumpe 3 bei dieser Ausführungsform in Verbindung steht.

13 bezeichnet einen Wärmesammelbehälter zur Speicherung von Kühlwasser hoher Temperatur. Um die Wärmeabstrahlung des Kühlwassers hoher Temperatur vom Wärmesammelbehälter 13 ein zuschränken, besitzt der Wärmesammelbehälter 13 eine vakuum gestützte Wärmeisolierstruktur, die in der gleichen Weise wie bei dem in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) 1-172 015 beschriebenen Wärmesammelbehälter gestaltet ist. Der Wärmesammelbehälter 13 ist in den Kühlwasser-Umwälz kreis zwischen der Kühlwasser-Auslaßseite des Motors 1 und der Einlaßseite des Strömungssteuerungsventils 6 angeordnet. Der Wärmesammelbehälter 13 besitzt ein Einlaßrohr 13a mit einer Auslaßöffnung, die mit dem Inneren des Wärmesammelbe hälters 13 in Verbindung steht, und ein Auslaßrohr 13b mit einer Einlaßöffnung, die mit dem Inneren des Wärmesammelbe hälters 13 in Verbindung steht, wobei die Lage der Auslaßöff nung des Einlaßrohrs 13a höher als diejenige der Einlaßöff nung des Auslaßrohrs 13b in Vertikalrichtung ist. Das Fas sungsvermögen des Wärmesammelbehälters 13 liegt beispiels weise bei etwa 3 Ltr.

14 bezeichnet einen Bypasskreis, der parallel zum Kühler 3 an geordnet ist, und 5 bezeichnet einen Thermostat (ein auf die Kühlwassertemperatur reagierendes Ventil) zur Steuerung der Strömung des Kühlwassers zum Bypasskreis 14. Der Thermostat 15 bewirkt, daß sich ein Ventilkörper (nicht dargestellt) in folge einer Veränderung der Temperatur eines Thermowachs-Vo lumen bewegt, und schaltet den Strömungskanal des Kühlwas sers. Insbesondere dann, wenn die Kühlwassertemperatur nie drig ist, öffnet der Thermostat 15 den Bypasskreis 14, damit Kühlwasser hindurchströmen kann. Wenn die Kühlwassertempera tur über eine vorbestimmte Temperatur ansteigt, öffnet ande rerseits der Thermostat 15 den Kreis in Richtung zum Kühler 2 und schließt er den Bypasskreis 14, damit auf diese Weise der Kühler 2 das Kühlwasser kühlen kann.

16 bezeichnet einen Temperatursensor zum Feststellen der Kühlwassertemperatur am Kühlwasserauslaß des Verbrennungsmo tors 1. Der Sensor 16 besteht in einem thermoempfindlichen Element wie einem Thermistor. 17 bezeichnet eine Gruppe be kannter Sensoren zur automatischen Steuerung der Klimaanlage des Fahrzeugs. Die Sensoren umfassen einen Fahrgastraum-Tem peratursensor zum Feststellen der Temperatur im Fahrgastraum, einen Außenluftsensor zum Feststellen der Außentemperatur, einen Solarstrahlungssensor zum Feststellen der Solarstrah lungsmenge, einen Verdampfungstemperatursensor zum Feststel len der Temperatur des Kühlverdampfers usw.

18 bezeichnet eine Gruppe von Schaltern, die an einer Steuer tafel (nicht dargestellt) für die Klimaanlage des Fahrzeugs angeordnet sind. 19 bezeichnet einen elektronischen Regler, für die Klimaanlage, der von einem Microcomputer Gebrauch macht. Der Microcomputer beurteilt und berechnet die von den Sensoren 16 und 17 und den Schaltern 18 etc. gelieferten Ein gangssignale entsprechend einem vorbestimmten Programm und steuert den Betrieb des Gebläses 5 und des Strömungssteue rungsventils 6 auf der Grundlage des Ergebnisses der arith metischen Berechnung.

Der elektronische Regler 19 steuert automatisch die Betäti gung einer Innenluft/Außenluft-Einführungsschaltklappe und einer Blasöffnungs-Schaltklappe (nicht dargestellt) in der Klimaanlage des Fahrzeugs in einer bekannten Weise.

Fig. 2 und 3 erläutert in typischer Weise die Detailstruktur des Strömungsregelungsventils 6. Ein kreisförmiger, zylindri scher Ventilkörper 61 aus Kunststoff ist in einen Ventilge häuse aus Kunststoff drehbar aufgenommen, und ein Steuerungs strömungskanal 62 ist im kreisförmigen, zylindrischen Ventil körper (Rotor) 61 zur Steuerung der Strömung des Kühlwassers ausgebildet.

Ein Einlaßrohr 63, ein erstes Auslaßrohr 64 und ein zweites Auslaßrohr 65 sind mit dem Ventilgehäuse 60 durch Gießen ver bunden und einstückig mit diesem ausgebildet. Das Kühlwasser strömt von dem Wärmesammelbehälter 13 aus durch das Einlaß rohr 63 hindurch in das Strömungssteuerungsventil 6. Das er ste Auslaßrohr 64 ist mit der Einlaßseite des Heizkerns 4 und das zweite Auslaßrohr 65 ist mit der Einlaßseite des Bypass kreises 7 verbunden.

Der Steuerungsströmungskanal 62 ist in solcher Weise gestal tet, daß eines seiner Enden des Öffnungsbereich des Einlaß rohrs 63 und sein anderes Ende die Öffnungsbereiche des er sten und des zweiten Auslaßrohrs 64 bzw. 65 regelt.

Der kreisförmige, zylindrische Ventilkörper (Rotor) 61 be sitzt an seinen äußeren Enden Wellenbereiche 66 (s. Fig. 3) zum Drehen des Ventilkörpers 61, und die Drehung des obenan gegebenen Servomotors 6a wird an die Wellenbereiche 66 über tragen, um den Ventilkörper 61 im Gehäuse 60 zu drehen. 67 und 68 bezeichnen Dichtungen aus Gummi.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise dieser Ausführungsform mit der vorstehend beschriebenen Gestaltung unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert, die ein Fließdiagramm ist, das den mittels des elektronischen Reglers 19 durchgeführten Steuerungsbe trieb erläutert. Es wird hierbei angenommen, daß der Zünd schalter (Motorschlüssel-Schalter) des Fahrzeugs jetzt einge schaltet und der Motor 1 angelassen wird, so daß der elektro nische Regler 19 eingeschaltet und die in Fig. 4 dargestellte Steuerungsroutine begonnen werden.

Die Signale der Sensoren 16 und 17 und der Schalter 18 werden im Schritt S1 eingegeben bzw. gelesen, und es wird im Schritt S2 beurteilt, ob die Kühlwassertemperatur TWB, die mittels des Temperatursensors 16 am Kühlwasserauslaß vom Motor 1 festgestellt wird, niedriger als eine vorbestimmte Temperatur (70°C bei dieser Ausführungsform) ist oder nicht.

Wenn der Verbrennungsmotor 1 angelassen wird, nachdem eine erhebliche Zeitspanne seit dem vorausgehenden Abstellen des Motors 1 verstrichen ist, kann die Kühlwassertemperatur auf unter 70°C abgefallen sein. Daher ist das Ergebnis der Beur teilung im Schritt S2 JA, und geht das Programm zum nächsten Schritt S3 über. In Schritt S3 wird beurteilt, ob die Zeit t, die seit dem Anlassen des Motors 1 gemessen worden ist, eine vorbestimmte Zeit (30 Sek. bei dieser Ausführungsform) über schreitet oder nicht.

Wenn sich der Motor 1 unmittelbar nach dem Anlassen noch im Warmlaufzustand befindet, ist das Ergebnis der Beurteilung im Schritt S3 JA, und geht das Programm zu Schritt S4 über, bei dem das Strömungssteuerungsventil 6 entsprechend dem Warm laufmodus gesteuert wird. Das heißt, der Ventilkörper 61 des Strömungsregelungsventils 6 wird zu der Stellung von Fig. 2 mittels des Servomotors 6a auf der Basis des Signals des elektronischen Reglers 19 gedreht, so daß der Bypasskreis 7 vollständig geschlossen und der Strömungskanal zum Heizkern 4 vollständig geöffnet ist.

Das Programm geht dann zum nächsten Schritt S5 über, bei dem das Gebläse 5 für die Klimatisierung angehalten wird. Das Strömungsregelungsventil 6 und das Gebläse 5 werden für eine vorbestimmte Zeit in dieser Stellung gehalten, bis das Ergeb nis der Beurteilung in Schritt S3 JA ist.

Die Wasserpumpe 1 wird durch das Anlassen des Motors 1 in Be trieb genommen, und Kühlwasser niedriger Temperatur wird im Motor 1 in den Wärmesammelbehälter 13 einströmen gelassen. Kühlwasser hoher Temperatur (etwa 80°C), das im Wärmesammel behälter 13 gespeichert ist, strömt daher aus dem Auslaßrohr 13b aus und in den Heizkern 4 durch das Strömungssteuerungs ventil 6 ein, das sich in vollständig offenem Zustand befin det.

Da das Gebläse 5 nicht in Betrieb steht, verliert das Kühl wasser hoher Temperatur kaum Wärme, und strömt das Kühlwasser in den Einlaßluft-Wärmetauscher 9 ein, wobei er seine hohe Temperatur beibehält. Da das Kühlwasser hoher Temperatur die in den Motor 1 durch den Einlaßluft-Wärmetauscher 9 ange saugte Einlaßluft erwärmt, steigt die Einlaßluft-Temperatur an, und kann daher die während des Warmlaufs des Motors benö tigte Kraftstoffmenge verringert werden. Daher kann der Grad der Kraftstoffausnutzung verbessert werden.

Da die Einlaßluft zu dieser Zeit eine geringe Wärmekapazität besitzt, mißt der Abfall der Kühlwassertemperatur im Einlaß luft-Wärmetauscher 9 nur etwa 2°C. Aus diesem Grund wird die Kühlwasser noch auf einer hohen Temperatur von etwa 78°C so gar am Auslaß des Einlaßluft-Wärmetauschers 9 gehalten.

Als nächstes strömt das Kühlwasser vom Einlaß-Wärmetauscher 9 aus in den ersten und den zweiten Öl-Wärmetauscher 10 und 11, die parallel zueinander angeordnet sind, um das Motor-Öl und das Getriebe-Öl zu erwärmen, wodurch die Reibungsverluste im Motor 1 verringert werden und auch der Grad der Kraft stoffausnutzung verbessert wird. Dies unterstützt den Warm lauf des Motors 1 durch Erhöhung der Öltemperatur.

Nachdem das Kühlwasser durch die Öl-Wärmetauscher 10 und 11 hindurchgetreten ist, sinkt seine Temperatur auf etwa 50°C ab. Weil jedoch diese Kühlwassertemperatur höher als die Kühlwassertemperatur im Motor 1 ist, die auf die Temperatur im wesentlichen gleich der Außenlufttemperatur abgefallen ist, wird das Kühlwasser mit etwa 50°C, das durch die beiden Öl-Wärmetauscher 10 und 11 hindurchgeströmt ist, in den Motor 1 zurückgeführt, und kann es daher den Warmlauf des Motors 1 fördern.

Entsprechend steigt die Kühlwassertemperatur des Motors 1 auf eine Temperatur von etwa 35°C innerhalb einer kurzen Zeit von 30 Sekunden an, und kann der Warmlauf des Motors 1 schnell beendet werden.

Daher können eine Senkung der Kraftstoffkosten während des Warmlaufs des Motors und eine Reinigung der Abgabe wirksam erreicht werden. Gleichzeitig ist es möglich, die Fahr gastraumbeheizung durch Wärmeabstrahlung des heißen Wassers, das im Heizkern 4 strömt, innerhalb kurzer Zeit nach dem An lassen des Motors zu beginnen, da die Kühlwassertemperatur des Motors 1 schnell ansteigt.

Die vorbestimmte Zeit im Schritt S3 ist bei dieser Ausfüh rungsform auf 30 Sek. eingestellt, jedoch kann diese Zeit ge gebenenfalls entsprechend der Kapazität des Wärmesammelbehäl ters 13 und der Abgaskapazität und der Kühlwasserkapazität des Motors 1 verlängert oder verkürzt werden.

Wenn die Zeit t 30 Sek. nach dem Anlassen des Motors über schreitet, wird das Ergebnis der Beurteilung in Schritt S3 JA, und geht das Programm zu Schritt S6 über, bei dem das Strömungssteuerungsventil 6 im normalen Luftklimatisierungs modus gesteuert wird, das heißt, die Öffnung des Ventilkör pers 61 des Strömungssteuerungsventils 6 wird auf der Grund lage der Eingabesignale der Sensoren 16, 17 und der Klimati sierungsschalter 18 (einschließlich des Temperatureinstell schalters) so berechnet, daß die Temperatur im Fahrgastraum auf einer gewünschten Temperatur gehalten wird, und der Ven tilkörper 61 wird zu der so berechneten Öffnung gedreht.

Die Stellung des Ventilkörpers 61 des Strömungssteuerungs ventils 61 in Fig. 2 entspricht dem vollständig geöffneten Zustand während des Warmlaufs, wie oben beschrieben. Diese Stellung ist auch der maximale Öffnungszustand des Strömungs steuerungsventils 6 zum Heizkern 4 hin bei normalen Klimati sierungsmodus zur Aufheizung des Fahrgastraums im größtmögli chen Ausmaß. In dieser Stellung ist der Strömungskanal zum Bypasskreis 7 vollständig geöffnet, wie bereits beschrieben worden ist.

Die Stellung in Fig. 2 stellt den Zustand dar, bei dem der Ventilkörper 61 zu einer kleineren Öffnung gedreht ist, so daß sowohl der einlaßseitige Kühlwasserströmungskanal vom Wärmesammelbehälter 13 aus als auch der Strömungskanal zum Heizkern 4 hin auf kleine Öffnungsbereiche eingeschränkt sind, während der Öffnungsbereich des Strömungskanals zum Bypasskreis 7 vergrößert ist. Dies entspricht einer feinen Ka pazitätssteuerung.

Die Stellung in Fig. 2 stellt den Zustand dar, bei dem die Öffnung des Ventilkörpers 61 Null ist, wobei der Strömungs kanal zum Heizkern 4 hin vollständig geschlossen ist und keine Beheizung des Fahrgastraums stattfindet (eine maximale Kühlung kann durchgeführt werden). Bei diesem Zustand des Nichtbeheizens des Fahrgastraums (maximales Kühlen) ist es möglich, den einlaßseitigen Kühlwasserströmungskanal vom Wär mesammelbehälter 13 aus etwas zu öffnen, damit Kühlwasser kontinuierlich durch den Bypasskreis strömen kann. Bei dieser Bauweise findet eine kontinuierliche Strömung des Kühlwassers statt, und ist es folglich möglich, wirksam zu verhindern, daß der Steuerungsströmungskanal 62 des Ventilkörpers 61 durch Fremdstoffe wie beispielsweise im Kühlwasser enthalte nen Gießsand verschlossen wird.

Es ist möglich, die Temperatur im Fahrgastraum auf einer ge wünschten Temperatur zu halten, indem die Menge des Kühlwas sers (heißes Wasser), die durch den Heizkern 4 strömt, durch kontinuierliche Steuerung der Öffnung des Ventilkörpers 61 innerhalb des Bereichs der Stellungen von bis in Fig. 2 geregelt wird.

Als nächstes wird in Schritt S7 die normale anderweitige Kli matisierungssteuerung wie die Steuerung der Blasluftmenge des Gebläses 5, das Schalten der Innenluft/Außenluft-Einführung in der Innenluft/Außenluft-Einführungsschaltklappe oder das Schalten des Gebläsemodus durchgeführt.

Die Steuerungsvorgänge der Schritte S6 und S7 werden dann fortgesetzt, bis der Motor 1 abgestellt wird oder der Be triebsschalter für die Klimaanlage abgeschaltet wird.

Wenn eine normale Klimatisierungssteuerung in den Schritten S6 und S7 (bei normaler Fahrt nach Beendung des Warmlaufs des Motors) wie oben beschrieben durchgeführt wird und es Früh ling, Sommer oder Herbst ist, wird der Ventilkörper 61 des Strömungssteuerungsventils 6 häufig zu einer mittleren Öff nung oder einer kleineren Öffnungsstellung in der Nähe der Stellung in Fig. 2 gedreht. Daher strömt eine verhältnis mäßig eingeschränkte Kühlwassermenge aus dem Strömungssteue rungsventil 6 in den Heizkern 4.

Entsprechend wird Kühlwasser mit einer geringen Strömungsrate einem Wärmeaustausch mit mittels des Gebläses 5 im Heizkern 4 geblasener Luft unterzogen, und sinkt die Temperatur auf eine niedrige Temperatur von 15° bis 20°C ab. Daher kann die Ein laßluft des Motors 1 im Einlaßluft-Wärmetauscher 9 mittels dieses Kühlwassers mit niedriger Temperatur gekühlt werden, und können die Kraftstoffkosten gesenkt werden.

Da die Menge des durch den Heizkern 4 strömenden Kühlwassers zu dieser Zeit verringert wird, reicht die Menge des durch den Heizkern 4 strömenden Kühlwassers nicht zum Kühlen des Öls aus. Weil jedoch der erste und der zweite Öl-Wärmetau scher 10 und 11 an der stromabwärtigen Seite des Vereini gungspunkts A mit dem Bypasskreis 7 angeordnet sind, strömt Kühlwasser auch vom Bypasskreis 7 aus durch den ersten und den zweiten Öl-Wärmetauscher 10 und 11 zusätzlich zu dem durch den Heizkern 4 strömenden Kühlwasser, so daß die Summe dieser Kühlwasserströme das Motor-Öl und das Getriebe-Öl wirksam kühlen kann.

Da im Winter eine größere Heizkapazität benötigt wird, wird der Ventilkörper 61 des Strömungssteuerungsventils 6 häufig zu der Stellung in Fig. 2 in der Nähe des Zustandes der vollen Öffnung gedreht. Bei diesem Zustand strömt daher eine große Kühlwassermenge aus dem Strömungssteuerungsventil 6 in den Heizkern 4.

Da die Strömungsrate des Kühlwassers, wie oben beschrieben, zunimmt, sinkt die Kühlwassertemperatur nur auf eine Tempera tur von etwa 50°C bis 65°C am Auslaß des Heizkerns 4 selbst dann ab, wenn das Kühlwasser einem Wärmeaustausch mit der mittels des Gebläses 4 im Herzkern 4 geblasenen Luft unterzo gen wird. Entsprechend können die Einlaßluft des Motors 1 mittels dieses Kühlwassers verhältnismäßig hoher Temperatur wirksam erwärmt und die Kraftstoffkosten verbessert werden.

Da die thermische Kapazität der Einlaßluft gering ist, kann des weiteren das Öl im ersten und im zweiten Öl-Wärmetauscher 10 und 11 mittels des Kühlwassers erwärmt werden, nachdem dieses durch den Einlaßluft-Wärmetauscher 9 hindurchgetreten ist.

Entsprechend können während der normalen Fahrt nach Beendung des Warmlaufs des Motors die Einlaßlufttemperatur sowie die Öltemperatur während aller Jahreszeiten zufriedenstellend ge steuert werden, und können eine Senkung der Kraftstoffkosten und eine Reinigung der Abgase erreicht werden. Es ist eigent lich unnötig darauf hinzuweisen, daß das Kühlen des Kühlwas sers mittels des Kühlers 2 in der gleichen Weise wie beim Stand der Technik bewirkt wird.

Wenn der Motor 1 innerhalb einer kurzen Zeit nach dem Abstel len wieder angelassen wird, ist das Ergebnis der Beurteilung von Schritt S2 in Fig. 4 NEIN. Daher wird die Klimatisie rungssteuerung in Schritt S6 und S7 unmittelbar nach dem An lassen des Motors 1 durchgeführt, und findet keine Warmlauf steuerung (Schritte S4, S5) statt.

Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist das Strömungssteuerungsventil 6 einstückig mit dem Wärmesammelbehälter 13 ausgebildet. Das Ventilgehäuse 60 des Strömungssteuerungsventils 6 ist ein stückig mit dem unteren Teil des Wärmesammelbehälters 13 ver bunden, und sind der Servomotor 6a zum Antrieb des Ventilkör pers 61 und ein Reduziergetriebe 69 im Ventilgehäuse 60 ange ordnet. Die Wellenbereiche 66 zum Drehen des kreisförmigen, zylindrischen Ventilkörper 61 sind einstückig mit dem Dreh zentrum eines Zahnradsegments 69a an der Ausgangsseite dieses Reduziergetriebes 69 angeordnet.

Der kreisförmige, zylindrische Ventilkörper 61 ist im Kühl wasserströmungskanal 70 im Ventilgehäuse 60 drehbar angeord net, der mit dem Auslaßbereich (unterer Endbereich) des Aus laßrohrs 13b des Sammelbehälters 13 verbunden ist. Der Strö mungssteuerungskanal 62 ist im Ventilkörper 61 ausgebildet, obwohl in Fig. 5 nicht dargestellt, und die Steuerung der Kühlwasserströmungsrate kann in der gleichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform durchgeführt werden.

Das Kühlwasser stromabwärts des kreisförmigen, zylindrischen Ventilkörpers 61 wird in zwei Strömungskanäle aufgeteilt. Der eine Kühlwasserströmungskanal 71 ist mit dem Kühlwasserströ mungskanal an der Einlaßseite des Heizkerns 4 und der andere Kühlwasserströmungskanal 72 ist mit dem einlaßseitigen Strö mungskanal des Bypasskreises 7 verbunden.

Ein auf Druck ansprechendes Ventil 73, dessen Öffnung sich mit der Erhöhung des Kühlwasserdrucks vergrößert, ist an einem Zwischenteil des letztgenannten Strömungskanals 72 zum Bypasskreis 7 angeordnet. Das auf Druck reagierende Ventil 73 besitzt einen Ventilkörper 73a und eine Feder 73b, und die Öffnung des Ventilkörpers 73a ändert sich entsprechend dem Ausgleich des Kühlwasserdrucks und der Federkraft der Feder 73.

Wenn sich die Drehzahl des Motors 1 und somit die Drehzahl der Wasserpumpe 3 ändert, um dadurch den Kühlwasserdruck zu verändern, verändert sich daher die Öffnung des Ventilkörpers 73a mit der Änderung des Kühlwasserdrucks, so daß die Ände rung der Kühlwasserströmungsrate zum Heizkern 4 hin einge schränkt und die Änderung der Blaslufttemperatur des Heiz kerns 4 begrenzt wird.

Da das Strömungssteuerungsventil 6 mit dem Wärmesammelbehäl ter 13 einstückig ausgebildet ist, kann darüber hinaus der Gesamtaufbau des Kühlsystems vereinfacht und kompakt herge stellt werden.

Nebenbei bemerkt sind bei der ersten Ausführungsform der er ste und der zweite Öl-Wärmetauscher 10 und 11 parallel zuein ander zwischen dem Vereinigungspunkt A und der Einlaßseite des Kühlwasserkreises 12 der Wasserpumpe 3 angeordnet, jedoch können die Öl-Wärmetauscher 10 und 11 auch hintereinander an geordnet sein. In diesem Fall wird es bevorzugt, den zweiten Öl-Wärmetauscher 11 mit dem Getriebe-Öl mit einer geeigneten Betriebstemperatur von etwa 80°C an der stromaufwärtigen Seite des ersten Öl-Wärmetauschers 10 mit dem Motor-Öl bei einer geeigneten Betriebstemperatur von etwa 100°C anzuord nen, wodurch der Effekt der Senkung der Kraftstoffkosten durch Verminderung der Reibungsverluste vergrößert werden kann.

Des weiteren wird in Schritt S3 in Fig. 4 bei der ersten Aus führungsform der Abschluß des Warmlaufs beurteilt, indem be urteilt wird, ob die Zeit t die vorbestimmte Zeit nach dem Anlassen des Motors überschreitet oder nicht, jedoch können auch andere Beurteilungsverfahren, wie eine Beurteilung, ob die Kühlwassertemperatur am Auslaßbereich des Motors 1, die mittels des Temperatursensors 16 festgestellt wird, einen vorbestimmten Wert übersteigt oder nicht, Anwendung finden.

Bei der ersten Ausführungsform wird der Ventilkörper 61 des Strömungssteuerungsventils 6 so eingestellt, daß der Strö mungskanal vom Strömungssteuerungsventil 6 aus zum Heizkern 4 hin während des Warmlaufs unmittelbar nach dem Anlassen des Motors vollständig offen ist. Jedoch muß der Ventilkörper 61 des Strömungssteuerungsventils 6 nicht notwendigerweise in die Stellung der vollständigen Öffnung gebracht werden, son dern kann er zu einem Zustand im wesentlichen vollständiger Öffnung während des Warmlaufs eingestellt werden, so daß et was Kühlwasser durch den Bypasskreis 7 strömen kann.

Im Rahmen der Erfindung ist bei dem vielfach angesprochenen Wärmeaustausch mit Automatikgetriebe-Öl anstelle des letzte ren selbstverständlich auch das Öl eines handgeschalteten Ge triebes anwendbar.

Claims

1. Kühlwasser-Umwälzsystem bei einem wassergekühlten Ver brennungsmotor eines Fahrzeugs, umfassend:
einen Kühlwasserkreis mit einer Umwälzpumpe (3) zum Umwälzen von Kühlwasser durch den Motor (1), wobei der Kühlwasserkreis eine Einlaßseite und eine Auslaßseite aufweist,
einen Wärmesammelbehälter (13) mit einer Wärmeisolierstruktur zum Sammeln von aus dem Motor (1) ausströmendem Kühlwasser, einen an der stromabwärtigen Seite des Wärmesammelbehälters (13) angeordneten Heizkern (4) zum Austauschen der Wärme von aus dem Wärmesammelbehälter (13) ausströmendem Kühlwasser mit der Wärme von Luft zum Aufheizen des Fahrgastraums des Fahr zeugs,
eine im Kühlwasserkreis an der stromabwärtigen Seite des Heizkerns (4) angeordnete Wärmetauschereinrichtung (10, 11) zum Austauschen der Wärme des Motor-Öls, des Automatikge triebe-Öls und/oder der Motor-Einlaßluft mit der Wärme des Kühlwassers und
einen Kühlwasserkreis-Bereich (12) zur Verbindung der Wärme tauschereinrichtung (10, 11) an deren stromabwärtigen Seite mit der Auslaßseite des Kühlwasserkreises.

2. Kühlwasser-Umwälzsystem nach Anspruch 1, weiter umfas send:
ein Gebläse (5) zum Blasen von Luft zum Heizkern (4), ein in dem Kühlwasserkreis zwischen dem Wärmesammelbehälter (13) und dem Heizkern (4) angeordnetes Strömungssteuerungs ventil (6) zur Steuerung der Strömungsrate des durch den Heizkern (4) strömenden Kühlwassers und
eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Betriebs des Strömungssteuerungsventils (6) und des Gebläses (5) in Abhän gigkeit davon, ob sich der Motor (1) im Warmlaufzustand oder in einem Zustand nach dem Warmlauf befindet.

3. Kühlwasser-Umwälzsystem nach Anspruch 2, wobei die Steuerungseinrichtung das Strömungssteuerungsventil (6) und das Gebläse (5) so steuert, daß das Strömungssteuerungsventil (6) vollständig geöffnet und das Gebläse (5) angehalten ist, denn sich der Motor (1) im Warmlaufzustand befindet.

4. Kühlwasser-Umwälzsystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Steuerungseinrichtung das Strömungssteuerungsventil (6) und das Gebläse (5) entsprechend einem Klimatisierungssteuerungsprogramm nach der Beendung des Warmlaufs steuert.

5. Kühlwasser-Umwälzsystem nach Anspruch 2, weiter umfas send
einen parallel zum Heizkern (4) angeordneten Bypasskreis (7), damit Kühlwasser im Bypass zum Heizkern (4) strömen kann, wo bei der Bypasskreis (7) mit dem Kühlwasserkreis an der strom abwärtigen Seite des Heizkerns (4) an einem Vereinigungspunkt (A) vereinigt ist,
wobei das Strömungssteuerungsventil ein Drei-Wege-Ventil (6) zur Steuerung der Strömung des durch den Heizkern (4) strö menden Kühlwassers und der Strömung des durch den Bypasskreis (7) strömenden Kühlwassers umfaßt und
die Wärmetauschereinrichtung mindestens einen ersten Wärme tauscher (10, 11) zum Austauschen der Wärme des Motor-Öls und/oder des Automatikgetriebe-Öls mit der Wärme des Kühlwas sers und einen zweiten Wärmetauscher (9) zum Austauschen der Wärme der Motor-Einlaßluft mit der Wärme des Kühlwassers um faßt, wobei der zweite Wärmetauscher (9) im Kühlwasserkreis zwischen dem Heizkern (4) und dem Vereinigungspunkt (A) und der mindestens eine erste Wärmetauscher (10, 11) im Kühlwas serkreis an der stromabwärtigen Seite des Vereinigungspunkts (A) angeordnet ist.

6. Kühlwasser-Umwälzsystem nach Anspruch 1, wobei die Wär metauschereinrichtung einen ersten Wärmetauscher (10) zum Austauschen der Wärme des Motor-Öls mit der Wärme des Kühl wassers und einen zweiten Wärmetauscher (11) zum Austauschen der Wärme des Automatikgetriebe-Öls mit der Wärme des Kühl wassers umfaßt.

7. Kühlwasser-Umwälzsystem nach Anspruch 6, wobei der erste und der zweite Öl-Wärmetauscher (10, 11) parallel zueinander angeschlossen sind.

8. Kühlwasser-Umwälzsystem nach Anspruch 4, wobei die Wär metauschereinrichtung einen ersten Wärmetauscher (10) zum Austauschen der Wärme des Motor-Öls mit der Wärme des Kühl wassers und einen zweiten Wärmetauscher (11) zum Austauschen der Wärme des Automatikgetriebe-Öls mit der Wärme des Kühlwassers umfaßt.

9. Kühlwasser-Umwälzsystem nach Anspruch 2, wobei die Steuerungseinrichtung bestimmt, daß sich der Motor (1) im Warmlaufzustand befindet, indem beurteilt wird, ob die Tempe ratur des Kühlwassers beim Anlassen des Motors (1) unter einem vorbestimmten Wert liegt und ob die nach dem Anlassen des Motors (1) verstrichene Zeit innerhalb einer vorbestimm ten Zeit liegt.

10. Kühlwasser-Umwälzsystem nach Anspruch 4, wobei das Strö mungssteuerungsventil ein Drei-Wege-Strömungssteuerungsventil (6) mit einem Ventilkörper (61) mit Steuerungsströ mungskanälen zur Steuerung mindestens eines Öffnungsbereichs eines Kühlwasserströmungskanals zum Heizkern (4) und eines Öffnungsbereichs eines Kühlwasserströmungskanals zum Bypass kanal umfaßt.