DE3211793C2

DE3211793C2 - Kühlmitteltemperatur-Regelungsanlage für einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE3211793C2
Application number: DE3211793A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Alfa Romeo Auto SpA Neapel/napoli; Alfa Romeo Auto SpA
Current assignee: Fiat Auto SpA
Priority date: 1981-04-06
Filing date: 1982-03-30
Publication date: 1985-11-07
Also published as: IT8120948A0; FR2503252A1; IT1139074B; FR2503252B1; DE3211793A1; US4539944A; GB2097914B; GB2097914A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlmitteltemperatur-Regelungsanlage für einen Verbrennungsmotor, bei der drei Fühler der Kühlmitteltemperatur in der Auslaßleitung aus dem Motorblock vorgesehen sind. Diese Fühler sind dazu geeignet, jeweils ein Ventil, das den Kühlmitteldurchfluß durch eine den Kühler umgehende Leitung kontrolliert, ein Schott, das den Luftdurchfluß durch eine Öffnung im Wagenaufbau kontrol liert, und einen Lüfter zum Abkühlen des Kühlers zu steuern.

Description

C_x ■ ρ ■ S ■ W\

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlmitteltemperatur-Regelungsanlage für einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine derartige Regelungsanlage ist aus der DE-OS 26 31 121 bekannt, bei der drei Thermostatventile mit getrennten Funktionen in der Kühlmittelvorlaufleitung angeordnet sind, wobei innen funktionsmäßig unterschiedliche Schalttemperaturen zugeordnet sind. Einer der drei Thermostaten wirkt auf einen Pumpenschalter und der andere auf einen Schalter zum Ein- und Ausschalten des Lüfters. Dabei wird der Lüfter bei einer höheren Temperatur zugeschaltet

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kühlmitteltemperatur-Regelungsanlage für einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor zu schaffen, mit dem der Kühlprozeß weiter optimiert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs gelöst

Gemäß dieser Lösung werden drei verschiedene Fühler eingesetzt, von denen ein Fühler den Lüfter betreibt, von denen ein weiterer Fühler den Kühlmittelstrom durch den Kühler bestimmt und von denen der dritte Fühler das öffnen einer Lüftungsklappe steuert. Durch das Ins-Verhältnis-Setzen dieser drei Faktoren und insbesondere durch das besondere Verhältnis der Schalttemperatur der einzelnen Fühler wird eine optimale Kühlung in allen Betriebsbereichen unter Gewährleistung eines möglichst geringen Luftwiderstandes erzielt, welcher sich durch die Lufteinlaßöffnung einstellt, wenn diese öffnung größer eingestellt ist als dies eigentlich für die Kühlung notwendig wäre. Dadurch wird der Gesamtkraftstoffverbrauch des Fahrzeuges reduziert und das Ausmaß der Verluste vermindert, die infolge der inneren Reibungswiderstände im Motor entstehen, der den betriebswarmen Zustand noch nicht erreicht hat.

]e niedriger der Wert Cx, umso geeigneter ist die Stromlinienform des Fahrzeuges, ρ ist die Umgebungsluftdichte, S ist die Fläche des größten Fahrzeugquerschnittes und W ist die Fahrgeschwindigkeit Aber da

ίο ein innerer Hohlraum des Fahrzeuges durch eine Einlaßöffnung (im allgemeinen vorn) und durch eine Auslaßöffnung (im allgemeinen unten) mit der Umgebung in Verbindung steht, strömt durch diesen Hohlraum eine von dem das Fahrzeug umgebenden Druckfeid erzeugte Luftmenge. Der Verlustleistung N₃ wird daher ein weiterer Leistungsverlust N_r hinzugefügt, der sich mit:

Z Nr= K- p- A- W³ ausdrücken läßt,

wobei der Wert von K dem Verhältnis zwischen dem Druckunterschied am Ein- und am Auslaß (aufgrund des aerodynamischen Feldes) und dem dynamischen Druck (V₂ · ρ ■ W²) entspricht, während A der Umfang des Luftdurchsatzquerschnittes im Inneren des Fahrzeuges

ist

Der Wert von N_r ist gegenüber N_a ipeistens nicht unbedeutend, weil we^en der Queranordnung des Kühlers im Inneren des Hohlraumes so zahlreiche Ein-, Durch- und Auslaßöffnungen vorzusehen sind, daß sie die erforderliche Wärmeabfuhr vom Kühlmittel ermöglichen, und zwar auch bei den von diesem Gesichtspunkt aus schwersten Betriebsbedingungen des Fahrzeuges: sehr hohe Raumtemperatur, bescheidene Fahrgeschwindigkeit, hoher Leistungsaufwand (Bergfahrt, Schleppen).

Die Abmessungen der öffnungen und der entsprechende Wert des Leistungsverlustes N,- sind jedoch beim ganzen restlichen Fahrzeugbetrieb nicht gerechtfertigt Um daher bei normalen Betriebsbedingungen zu hohe und nicht gerechtfertigte Werte dti Leistungsverlustes N_r zu vermeiden, wird bei der erfindungsgemäßen Anlage die Anwendung von veränderlichen Öffnungen am Ein- bzw. am Auslaß des inneren Fahrzeughohlraumes vorgeschlagen, um nicht nur eine Regelung des Kühlmitteldurchflusses im Kühler, sondern auch eine vollautomatische Regelung der den Kühler durchströmenden Luft zu haben.

Die Veränderlichkeit der Ein- bzw. Auslaßöffnungen nach dem vorgeschlagenen Regelsystem bezweckt auch eine Abnahme der Verluste, die auf die größere innere Reibung des Motors während der Warmlaufphase nach dem Kaltstart zurückzuführen sind: bekanntlich lastet euf dem Kraftstoffverbrauch eines Kraftfahrzeuges der Anteil der mit noch nicht betriebswarmem Motor zurückgelegten Strecken beträchtlich (und dieser Anteil ist hoch, wenn es sich um kurze Strecken in längeren Zeitabschnitten handelt). Mit dem vorgeschlagenen Regelsystem wird die Anwärmezeit des Motors, d. h. die Zeit, die zum Erreichen des betriebswarmen Zustandes im ganzen Motor, aber auch insbesondere bei allen inneren Motorteilen, bei denen die größte Reibung in kaltem Zustand entsteht, erforderlich ist, so weit wie möglich verkürzt Das wird vor allem dadurch erreicht, daß bei noch nicht betriebswarmem Motor die den inneren Fahrzeughohlraum, wo sich nicht nur der Kühler sondem auch der Motor befindet, durchströmende Luftmenge auf einem sehr bescheidenen Wert oder sogar auf Null gehalten wird: es wird so vermieden, daß die (vom Gas auf die Zylinderwände und/oder von der Rei

bung auf die sich relativ bewegenden Teile übertragene) Wärme zum Teil von der den Motor bespülenden Luft abgeführt und daher nicht für ein rasches Anwärmen des Motors ausgenutzt wird. In einer besonderen Ausführung der Anlage ist es außerdem vorgesehen, daß auch die Menge des den Motor durchströmenden Kühlmittels auf einem sehr bescheidenen Wert oder sogar auf Null gehalten wird: dadurch werden sämtliche vom Gas den Zylinderwänden und durch die Kolbenreibung abgegebenen Kalorien ausgenutzt, um die Laufbuchsen und die begrenzte sie umgebende Kühlmittelmenge so rasch wie möglich anzuwärmen. Von der Temperatur der Laufbuchsen hängt im wesentlichen die Temperatur und daher die Viskosität des Ölfilms zwischen Laufbuchsen und Kolben ab: ein rasches Anwärmen der Laufbuchsen verursacht eine rasche Abnahme der Reibung zwischen Kolben und Laufbuchse und daher eine Abnahme des Gesamtverbrauches des Fahrzeuges, vor allem bei niedriger Raumtemperatur und bei Anwendung des Fahrzeuges nur für kurze, durch Aufenthalte unterbrochene Fahrten.

Nachstehend wird die erfindungsgemäße Anlage an Hand der einzigen Zeichnung näher beschrieben, die eine der beiden möglichen Ausführungsformen rein beispielsweise in einem Schnitt mit senkrechter Längsebene des Vorderteils eines Kraftfahrzeuges mit Vordermotor darstellt

In der Figur ist mit 1 eine im allgemeinen aus Blech bestehende, den Vorderteil des Wagens oben und vorn abgrenzende Wand, mit 2 eine ähnliche Wand, denselben vorn und unten abgrenzende Wand und mit 3 eine Wand bezeichnet, die den in der Figur dargestellten Vorderteil vom mittleren und rückwärtigen (nicht dargestellten) Teil des Fahrzeuges trennt Im inneren Hohlraum, der von den Wänden 1,2 und 3 gebildet und auch durch die Seitenwände (nicht dargestellt) des Fahrzeuges begrenzt wird, sind mit 4 der Zylinderkopf, mit 5 der Motorblock und mit 6 die Motorölwanne des Kraftfahrzeuges bezeichnet. Außerdem sind mit 8 das Kupplungsgehäuse, mit 9 das Getriebegehäuse, mit 10 die Kupplung, n.it 11 die Getriebeabtriebswelle, mit 12 die Umlaufpumpe an der Kurbelwelle, die das Kühlmittel zu den Leitungen und den Kammern des Motors fördert, mit 13 die Auslaßleitung des Kühlmittels aus dem Motor, mit 14 ein erster Fühler in Form eines thermostatischen Ventils mit zwei Auslässen und mit 15 eine Verbindungsleitung des ersten der beiden Auslässe mit der Wanne 16 bezeichnet, die zusammen mit dem Rohrbündel 17 und der Wanne 18 den Kühler bilde;. Im Inneren der Rohre 17 fließt das Kühlmittel von der Wanne 16 in die Wanne IS und kann daher abgekühlt werden, indem es die Wärme der Luft abgibt, die zum Beispiel aufgrund der Wirkung des das Fahrzeug umgebenden aerodynamischen Feldes vorn durch die öffnung 19 in den von den Wänden 1,2 und 3 begrenzten Hohlraum eintritt, durch das Rohrbündel 17 strömt und dabei seine in der Regel gerippte Außenfläche bespült und schließlich durch die öffnung 20 in der unteren Wand 2 austritt. Außerdem ist mit 21 eine Leitung, die die Wanne 18 mit dem Einlaß der Pumpe 12 verbindet, und mit 22 eine Leitung bezeichnet, die den zweiten Auslaß des Ventils 14 mit der Leitung 21 und daher mit dem Einlaß der Pumpe 12 verbindet. Mit 23 wird außerdem eine bewegliche Wand bezeichnet, die um den Zapfen 24 so drehbar ist, daß sie die Lufteinlaßöffnung 19 vollständig oder zuki Teil schließt bzw. ganz frei läßt. Die Wanne 16 weist einen dritten thermostatischen Fühler 25 auf, zum Beispiel mit sich je nach der Kühlmitteltemperatur in der Wanne ausdehnendem Wachs, der ein Ende der Stange 26 verschiebt, die am anderen Ende des an dsr beweglichen Wand 23 angeordneten Hebels 27 befestigt ist, so daß bei Erhöhung der Kühlmitteltemperatur die Einlaßöffnung größer wird, und umgekehrt Mit 28 sind die Einlaßöffnungen und mit 29 ein automatisches Ventil bezeichnet, das in der Leitung 22 eingesetzt ist, die den zweiten der beiden Auslässe des thermostatischen Ventils 14 mit der Leitung 21 verbindet Im Inneren des Ventils 29 wird ein nicht dargestellter beweglicher Kolben durch die Kraft einer ebenfalls nicht dargestellten Feder in ganz geschlossener Stellung gehalten und dagegen nach der ganz offenen Stellung hin bewegt, wenn der Druckunterschied des Kühlmittels vor und nach dem Ventil auf den Kolben wirkt und die Federkraft überwindet: da der Druckunterschied von der Pumpenförderhöhe abhängt und letztere zusammen mit der Erhöhung der Motordrehzahl ansteigt, setzt daher das automatische Ventil 29 bei noch kaltem Motor die Durchflußmenge des Kühlmittels auf ein Mindestmaß herab, wenn nur die MotordreLzahl einen gewissen Wert nicht überschreitet: wird der Motor nämlich mit einer höheren Drehzahl betrieben, so ist es zweckmäßig, daß das Kühlmittel darin umläuft, auch wenn er noch kalt ist Mit 30 ist das Laufrad und mit 31 der elektrische Motor dnes elektrischen Lüfters bezeichnet, der die Aufgabe erfüllt, den Luftdurchfluß durch das Rohrbündel 17 des Kühlers zu erhöhen bzw. zu schaffen, wenn das Fahrzeug mit laufendem Motor steht oder mit niedriger Geschwindigkeit fährt, was ein Überschreiten des höchsten festgelegten Temperaturwertes verursachen könnte. Mit 32 ist ein zweiter Kühler in Form eines elektrischen Wärmeschalters bezeichnet, der — wenn die Temperatur diesen Wert überschritt — die Zuführung zum Motor 31 von Strom aus der Batterie 33 durch die Leiterkabel 34,35 und 36 ermöglicht, wobei mit 37 die Erdung bezeichnet ist Bei einer weiteren möglichen Ausführung der erfindungsgemäßen Anlage kann das Laufrad direkt durch die Welle des Verbrennungsmotors eventuell über eine Kupplung angetrieben werden, die sich bei der vorbestimmten Kühlmitteltemperatur automatisch einschaltet Mit 40 ist ein zweiter Kühler bezeichnet, der in einem anderen Hohlraum als der Hauptkühler 12 angeordnet ist aber mit demselben durch die kleinen Leitungen 41 und 42 im Kühlmittelkreislauf des Motors parallelgeschaltet ist Dieser zweite Kühler 40 erfüllt die Aufgabe, die durch die öffnungen 38 in den Wageninnenraum eintretende Luft zu erwärmen, wenn der Regelhahn 39 aufgedreht ist. Mit 43 ist der Motorträger bezeichnet.

Die für die verseht sdenen, oben erwähnten Bestandteile der erfindungsgemäßen Anlage vorgesehene Regelung bewirkt, daß im Augenblick des Anlassens bei kaftem Motor und Kühlmittel die bewegliche Wand 23 vom Thermostat 25 in geschlossener Stellung gehalten wird. Außerdem wira vom thermostatischen Ventil 14 der Auslaß nach der Wanne 16 des Kühlers geschlossen und der zweite, den Kühler umgehenden Auslaß offen gehalten. Das automatische Ventil 29 befindet sich ebenfalls in geschlossener oder ganz geschlossener Stellung, Der Lütter 30 steht. Bei angelassenem Motor und nicht fahrendem oder fahrendem Fahrzeug, wenn eine gewisse Motordrehzahl, zum Beispiel 3000 U/min nicht überschritten wird, bei der die Förderhöhe der Pumpe 12 höher als der der K ?aft der Innenfeder des Ventils 29 entsprechende Wert ist, fließt nur eine äußerst kleine oder überhaupt keine Kühlmittelmenge durch den Motor: die ganze vom Gas den Zvlinderwänden

ne Wärme und die ganze durch die Reibung zwischen Kolben und Laufbuchsen entstehende Wärme werden daher zum Anwärmen der Laufbuchsen und des sie umgebenden nicht oder fast nicht fließenden Kühlmittels ausgenutzt Da außerdem keine oder fast keine Luft durch den Motorhohlraum strömt, wird auch durch die Außenwände des Motors sehr wenig Wärme abgeführt. Das Ergebnis ist eine entschiedene Verkürzung der Warmlaufphase und daher eine entsprechende Abnahme des vor allem auf die Reibung zwischen Laufbuchsen und Kolben bei niedriger Temperatur zurückzuführenden Energieverlustes. Sobald bei dieser Auslegung der Anlage eine erste Kühlmitteltemperatur U erreicht und überschritten wird, erfolgt eine erste Änderung der Auslegung, weil der erste Auslaß des therrnostatischen Ventils 14 (nach dem Kühler hin) anfängt, sich allmählich zu öffnen und der zweite Auslaß, sich allmählich zu schließen. So steigt die Menge des sowohl im Kühler als auch im Motor umlaufenden Kühlmittels allmählich an. In dieser Phase befindet sich die bewegliche Wand 23 noch in geschlossener oder ganz geschlossener Stellung und die Menge der den Kühler durchströmenden und den Motor bespülenden Luft ist sehr klein. Wird in Abhängigkeit von den Umgebungs- und Fahrzeugbetriebsbedingungen eine Temperatur f₂ erreicht, die ziemlich höher als fi ist, so ist der erste Auslaß des thermostatischen Ventils 14 ganz offen und der zweite Auslaß ganz geschlossen, so daß die Menge des durch den Kühler und den Motor fließenden Kühlmittels die größte in Beziehung auf die der jeweiligen Drehzahl entsprechende Förderhöhe der Pumpe 12 ist Erreicht und überschritt das Kühlmittel, in Abhängigkeit von den weiteren Umgebungs- und Betriebsbedingungen, eine dritte Temperatur r* die ziemlich höher als f₂ ist, so ändert sich die Auslegung der Anlage weiter, weil der Thermostat 25 anfängt, die Lufteinlaßöffnung 19 allmählich zu öffnen, so daß allmählich immer mehr durch die öffnung 19 eintretende Luft den Kühler durchströmt und den Mos tor bespült. Es ist daher nur bei einer Kühlmitteltemperatur, die höher als (3 ist, daß der Leistungsverlust Na wegen des aerodynamischen Fahrwiderstandes anfängt, sich dem weiteren Leistungsverlust N_r hinzuzufügen, aber das Ausmaß letzteren Verlustes ist immer so klein wie möglich gehalten, und zwar in Abhängigkeit von den Betriebserfordernissen des Kühlmittels zwischen der Temperatur h und einer höheren Temperatur i», bei der der Thermostat 25 die bewegliche Wand in die ganz offene Stellung der öffnung 19 bringt. Sollte aufgrund der weiteren Umgebungs- und Betriebsbedingungen die Kühlmitteltemperatur einen weiteren Wert is überschreiten, der ziemlich höher als U ist, so führt der elektrische Wärmeschalter 32 dem Motor 31 des elektrischen Lüfters Strom zu, der sich daher in Betrieb setzt und die Menge der den Kühler durchströmenden und den Motor bespülenden Luft so lange aktiviert oder erhöht, bis die Kühlmitteltemperatur wieder auf einen Wert ie sinkt, der zwischen U und fs liegt. Durch den zweiten Kühler 40, der wie der Hauptkühler ebenfalls nach dem thermostatischen Ventil 14 eingesetzt ist, fließt das Kühlmittel nur wenn die Temperatur höher als fi ist Die Anwesenheit eines zweiten Kühlers verändert also die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anlage nicht, die optimal gestaltet ist, damit die Warmlaufphase des Motors, und insbesondere der Motorteile, von denen die Erhöhung der Innenreibung und daher die Erhöhung des Verbrauches bei noch nicht betriebsarmem Motor abhängen, so rasch wie möglich vor sich geht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Kühlmitteltemperatur-Regelungsanlage für einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor, mit einem Kühler, der mit dem Motorblock durch eine Kühlmitteleinlaßleitung und eine Kühlmittelauslaßleitung verbunden ist, die durch eine Umgehungsleitung miteinander verbunden sind, mit einer Kühlmittelumlaufpumpe, einem dem Kühler zugeordneten Lüfter, einer in der Karosserie vor dem Kühler angeordneten Lufteinströmöffnung und drei getrennten Temperaturfühlern in der Kühlmittelauslaßleitung zwischen Motorblock und Kühler zum Regeln des Betriebes eines Umgehungsventils, des Lüfters und einer die Lufteinströmöffnung regelnden, verstellbaren Verschlußwand, wobei ein erster Fühler auf eine erste Temperatur ansprechend mit dem Umgehungsleitungssteuerventil verbunden ist, und ein zweiter Fühler &xa höhere Temperatur erfassend steuerungsmäuig dem Lüfter zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte mit der die Lufteintrittsöffnung regelnden Verschlußwand (23) steuerungsmäßig verbundene Fühler (25) auf eine Schalttemperatur eingestellt ist, welche zwischen den Schalttemperaturen liegt, auf welche der erste Fühler (14) und der zweite Fühler (32) ansprechen.

Der aerodynamische Fahrwiderstand errechnet über die Verlustleistung Nj nach der Formal: