DE3421284A1

DE3421284A1 - System zur regelung der kuehlmittel-temperatur einer waermekraftmaschine

Info

Publication number: DE3421284A1
Application number: DE19843421284
Authority: DE
Inventors: Yoshifumi Yokohama Hase; Shinichi Nagumo; Ysuo Yokosuka Nakajima; Yoshio Yokohama Toda
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1983-06-08
Filing date: 1984-06-07
Publication date: 1984-12-13
Also published as: DE3421284C2; JPS59226225A; GB2142169A; JPH0259289B2; US4545333A; GB2142169B; GB8414501D0

Description

- y r.

System zur Steuerung der Kühlmittel-Temperatur
einer Wärmekraftmaschine

^ö Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein System zur Regelung der Kühlmittel-Temperatur einer Wärmekraftmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors und speziell ein mit geschlossener Schleife arbeitendes System zur Einstellung der Temperatur eines Kühlmittels auf einen Sollwert, der sich in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Wärmekraftmaschine ändert.

¹^ Verbrennungsmotoren werden im weiten Umfang für den Antrieb von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Um bei solchen Verbrennungsmotoren die Kühlmittel-Temperatur zu regeln, wird ein Thermostat-Ventil, das sich bei einer bestimmten Temperatur, beispielsweise bei einer Temperatur von 80⁰C öffnet, im Kühlmittelkreislauf des Motors angeordnet, der einen Kühler enthält. In diesem Fall wird das Kühlmittel näherungsweise bei einer Temperatur von etwa 80⁰C gehalten.

in neuerer Zeit ist eine Regeleinrichtung entwickelt worden, die die Temperatur des Kühlmittels auf unterschiedlichen Werten hält, indem die Ventil-Öffnungstemperatur des Thermostatventils in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors varriert wird.

Wenn bei dieser Regeleinrichtung der Motor mit geringer Last läuft, d.h./ die thermische Beanspruchung ist gering und damit auch die Gefahr, daß sich der Motor überhitzt, so wird die Offnungsteitiperatur des Thermostatventils erhöht, um damit auch die Kühlmittel-Temperatur zu erhöhen und die Wirtschaftlichkeit des Kraftstoffver-

brauches zu erhöhen und die Reinigung des Abgases zu verbessern; wenn andererseits der Motor mit hoher Last läuft, so wird die Öffnungstemperatur des Thermostatventils gesenkt, um die Kühlmitteltemperatur zu verringern und damit das Auftreten von Klopfen zu verhindern und den "volumetrischen Wirkungsgrad" zu verbessern, wodurch wiederum die Leistungsabgabe des Motors erhöht wird..

Eine Regeleinrichtung dieses Typs geht beispielsweise aus der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung hervor, die unter der Nr. 54-142722 veröffentlicht worden ist; diese Regeleinrichtung soll unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben werden.

In einem Kühlmitteldurchgang 1 ist ein Thermostat 2 angeordnet. Dieser Thermostat 2 hat die folgende Funktionsweise: Wenn die Kühlmitteltemperatur ansteigt, expandiert der im Innern des Thermostaten 2 enthaltene Wachs, wodurch Druckkräfte auf einen Kolben 3 ausgeübt werden, um den Kolben gemäß der Darstellung in Fig. 1 nach oben zu schieben. Diese Bewegung des Kolbens 3 nach oben wird unterbrochen, wenn der Kolben 3 in Anlage an einen Aufnahmebereich 8 einer Steuerstange 7 einer Membrananordnung 6 kommt. Das weitere Herausschieben des Kolbens 3 aus dem Thermostaten 2 hat die Wirkung, daß ein Ventil 4 gegen die Wirkung einer Rückführfeder 5 außer Eingriff mit seinem Ventilsitz 12

go kommt. Wenn die Steuerstange 7 gemäß der Darstellung in Fig. 1 nach oben verschoben wird, ragt der Kolben 3 weiter aus dem Thermostaten 2 heraus, bis sich schließlich das Ventil 4 von dem Ventilsitz 12 zu trennen begi nt.

Wenn also die Steuerstange 7 durch die Membran 9 angeho-

ben wird, wird das Ventil 4 erst dann geöffnet, wenn die Kühlmittel-Temperatur weiter ansteigt und der Kolben 3 weiter ausgefahren wird. Dies führt zu einer Erhöhung der Temperatur des Kühlmittels.

Der Unterdruck im Ansaugrohr dieses Motors beaufschlagt eine Unterdruckkammer 10 der Membrananordnung 6, die auf die Membran 9 in der Weise wirkt, daß die Membran in 9 gegen eine Membranfeder 11 angehoben wird.

Da beim Betrieb des Motors mit geringer Last der Unterdruck im Ansaugrohr hoch und beim Betrieb des Motors mit hoher Last gering ist, wird die Steuerstange 7 beim Betrieb des Motors mit geringer Last gemäß der Darstellung in Fig. 1 weiter angehoben.

Auf diese Weise erhöht sich beim Betrieb des Motors mit geringer Last die Temperatur, bei der das Ventil 4 geöffnet wird, während diese Temperatur beim Betrieb des Motors mit hoher Last abnimmt. Damit steigt also die Kühlmitteltemperatur beim Betrieb mit geringer Last an und fällt beim Betrieb mit hoher Last. Wenn die Kühlmittel-Temperatur erhöht werden soll, muß eine Membranfe-

__ der 11 mit hoher Federkraft benutzt werden, weil sie 2o

gegen eine Reaktionskraft, die auf die Membran 9 über die Steuerstange 7 ausgeübt wird, wenn das Ventil 4 gegen die Kraft der Rückführfeder 5 ausgeübt wird, auf die Membran 9 wirkt. Andererseits muß die Membran 9, auf die der Unterdruck im Ansaugrohr gegen die Kraft der Membranfeder 11 wirkt, einen großen Druckwirkungsbereich haben, wodurch sich wiederum eine starke Erhöhung der Größe und des Gewichtes der einzelnen Komponenten ergibt. Deshalb nehmen also die Herstellungskosten zu, wenn die Temperatur des Kühlmittels auf einen hohen Wert eingestellt werden soll. Außerdem haben die einzel-

nen Teile eine relativ kurze Lebensdauer, weil sie den Schwingungen des Motors ausgesetzt sind.

Ein weiteres Problem liegt in folgendem: Obwohl es also im Prinzip möglich ist, die Kühlmitteltemperatur in Abhängigkeit von einer Änderung der Motorbelastung zu variieren, besteht keine Möglichkeit, die Kühlmittel-Temperatur in Abhängigkeit von der Drehzah.l des Motors zu ändern. Die herkömmliche Regeleinrichtung kann also nicht die Anforderung erfüllen, daß die Temperatur des Kühlmittels verringert werden sollte, wenn die Drehzahl des Motors zunimmt, und zwar auch bei der gleichen Motorbelastung.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 sollen nun

zwei herkömmliche Techniken für die Installation eines Thermostaten beschrieben werden. Fig. 2 zeigt eine sogenannte "Auslaßregelung¹¹ und Fig. 3 die sogenannte "Ein-2Q laßregelung".

Wie man aus Fig. 2 erkennt, ist ein Thermostatventil 2A in einem Auslaßdurchgang 15 angeordnet, durch den ein relativ heißes Kühlmittel, das den Hauptkörper 13

2g des Motors gekühlt hat, zu einem Kühler 14 strömt. Ein Bypaß-Durchgang 16, d.h., ein Durchgang, der den Kühler 14 umgeht, zweigt von einer Stelle in Strömungsrichtung gesehen vor diesem Thermostatventil 2A ab und ist mit einem Zwischenbereich eines Einlaßdurchganges 18 verbun-

_g0 den, durch den ein relativ kühles Kühlmittel, dessen Wärme nach dem Durchgang durch den Kühler 14 abgeführt worden ist, zu einem Wassermantel (nicht dargestellt) des ^auptkörpers 13 des Motors strömt; dieses Kühlmittel ·■ '.τ^ durch eine Pumpe 17 umgewälzt.

Wenn bei diesem Regelaufbau die Öffnungstemperatur des

Thermostatventils 2Α auf einen hohen Wert eingestellt wird, nimmt die Differenz zwischen der Temperatur, bei der der Thermostat 2A geöffnet wird, und der Temperatur, bei der der Thermostat 2A geschlossen wird, zu, wie man in Fig. 4 erkennt, wodurch wiederum das Auftreten des sogenannten "Pendel-Effektes" verstärkt wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist ein Thermostatventil 2B in einem Einlaßdurchgang 18 an einer Stelle in Stromungsrxchtung gesehen unmittelbar vor einer Abzweigung angeordnet, an der sich ein Bypass-Durchgang 16 mit dem Einlaßdurchgang 18 verbindet.Da das Thermostatventil 2B die Temperatur des Kühlmittels feststellt, die sich aus dem Mischen eines relativ kalten Kühlmittels, dessen Wärme über den Kühler 14 abgeleitet worden ist, mit dem relativ heißen, von dem Bypass-Durchgang 16 kommenden Kühlmittel ergibt, läßt sich das Auftreten des oben erwähnten "Pendeleffektes" verringern. Weil

__n bei dieser Regeleinrichtung jedoch der von der Wasserpumpe 17 erzeugte Unterdruck auf das Thermostatventil 2B in Richtung eines öffnens dieses Ventils wirkt, müssen die Federkonstante und die Federbelastung der Ventil-Rückführfeder auf einen ausreichend hohen Wert einge-

_oc. stellt werden, um eine Uberkühlung des Kühlmittels zu verhindern. Um diese Anforderungen zu erfüllen, muß das Thermostatventil 2B eine große Membrananordnung verwenden.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Regeleinrichtung der angegebenen Gattung zu schaffen, bei der die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten.

Insbesondere soll eine Regeleinrichtung für die Kühlmittel-Temperatur einer Wärmekraftmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors, vorgeschlagen werden, die

exakt auf unterschiedliche Kühlmittel-Temperaturen eingestellt werden kann, die vorher für verschiedene Betriebsbedingungen des Motors vorgegeben worden sind, um die wirtschaftliche Ausnutzung des Kraftstoffes zu verbessern, die Reinigung des Abgases zu vereinfachen und den Wirkungsgrad des Motors zu erhöhen; außerdem soll die Verwendung eines kompakten Stellgliedes (Membrananordnung) möglich sein.
10

Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Tail des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht.

Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß die Kühlmittel-Temperatur exakt auf unterschiedliche Sollwerte mittels eines Regelsystems eingestellt werden kann, das Fühler für die Feststellung der Betriebsbedingungen des Motors, eine Einrichtung für die Erzeugung einer Soll-Temperatur bei den festgestellten Betriebsbedingungen, einen Temperaturfühler für die Feststellung der Ist-Temperatur des Kühlmittels und eine Einrichtung zur Regelung der Strömungsgeschwindigkeit des durch einen Kühler strömenden Kühlmittels in der Weise aufweist, daß die Differenz zwischen der Ist-Temperatur und der Soll-Temperatur des Kühlmittels verringert wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematise on Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fit,. 1 einen Schnitt durch eine herkömmliche

Steuereinrichtung für die Kühlmittel-Tempe-

ratur einer Wärmekraftmaschine,

Fig. 2 und 3 Schnittansichten von zwei Beispielen der räumlichen Anordnung eines von einem Thermostaten gesteuerten Ventils in einem Kühlmittel-Kreislauf,

Fig. 4 graphische Darstellungen der Änderung der Kühlmittel-Temperatur über der Zeit bzw. der Änderung des Abhebens des Ventils über der Zeit, die mit der Regeleinrichtung nach Fig. 2 für einen Verbrennungsmotor erhalten wurden, der unter Straßenbedingungen bzw. Straßenlast bei 40 km/h läuft,

Fig. 5 teilweise im Schnitt eine Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Regelsystem nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6 eine Membran als ein Beispiel eines Stellgliedes,

Fig. 7 eine graphische Darstellung eines Beispiels einer Tabelle, die verschiedene Sollwerte für die Kühlmittel-Temperatur enthält,

Fig. 8 ein Flußdiagramm der Regelroutine, die von dem Regelsystem ausgeführt wird,

Fig. 9 graphische Darstellungen, die Fig. 4 ähneln

und eine Regelkennlinie zeigen, die mit dem System nach der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, und

Fig. 10 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 5 einer

O ·, Z ι ζ. ü

- a- f /?, ι

zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Regelsystems.

Im folgenden soll unter Bezugnahme auf die Figuren 5 bis 9 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Regelsystems beschrieben werden.

Wie man aus Fig. 5 erkennt, ist ein Strömungsregelventi 1 ¹^ 20 in einem Auslaßdurchgang 15 an einer Stelle in Strömungsrichtung gesehen unmittelbar hinter einer Verzweigung angeordnet, an der ein Bypass-Durchgang 16 von dem Auslaß mit dem Einlaßdurchgang 15 abzweigt.

!5 Der Auslaßdurchgang 15 empfängt ein relativ heißes Kühlmittel, das durch den Hauptkörper 13 des Motors geströmt ist; von dem Auslaßdurchgang 15 gelangt das Kühlmittel zu einem Kühler 14, wo die Wärme aus dem Kühlmittel abgeleitet und verteilt wird. Das relativ kalte Kühlmittel von dem Kühler 14 fließt unter der Wirkung einer Wasserpumpe 17 durch einen Auslaßdurchgang 18 zum Hauptkörper 13 des Verbrennungsmotors. Ein Ende des Bypass-Durchgangs 16 ist mit dem Einlaßdurchgang 15 und das gegenüberliegende Ende mit dem Auslaßdurchgang 18 verbunden, wodurch der Kühler 14 umgangen wird. Deshalb definieren der Auslaßdurchgang 15, der Kühler 14, der Einlaßdurchgang 18, der Bypass-Durchgang 16 und die Wasserpumpe 17 wenigstens einen Teil eines Kühlmittel-Kreislaufes.

Das Strömungsregelventil 20 wird durch Unterdruck betätigt, d.h., es wird in Abhängigkeit von dem Unterdruck betrieben, der durch einen Unterdruckregler 21 eingesi slit wird. Das Strömungsregelventil 20 enthält ein Ventilelement 23, das über eine Stange 24 mit einer Membran 25 verbunden ist, sowie eine Feder 28, die da?»

Q / -) 'I Q Q /

Ventilelement 23 in Richtung seiner Öffnung vorspannt. Das Ventilelement 23 wirkt mit einem Sitzbereich 22 zusammen, der in dem Auslaßdurchgang 15 ausgebildet ist, um den Auslaßdurchgang 15 zu öffnen oder zu schließen.

Die gemäß der Darstellung in Fig. 5 rechte Seite der Membran 25 wird durch das Kühlmittel beaufschlagt, das von der Wasserpumpe 17 abgegeben wird, während ihre gemäß der Darstellung in Fig. 5 linke Seite eine Unterdruckkammer 26 definiert, die mit dem unterdruckregler 21 in Verbindung steht. Die Feder 28 ist in der Unterdruckkammer 26 angeordnet; ein Ende der Feder 28 wirkt auf die Membran, um das Ventilelement 23 in Richtung einer Ventilöffnung vorzuspannen.

Der Unterdruckregler 21 weist eine Druckregeleinheit 30 und eine Solenoideinheit 32 auf; die Druckreglereinheit 30 hält den Unterdruck im Ansaugrohr des Motors, der den Regler beaufschlagt, auf einem vorgegebenen Wert (beispielsweise auf -120 mmHg), während die Solenoideinheit 32 den Unterdruck modifiziert, bei dem das Strömungsregelventil 20 in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal, das von einer noch zu erläuternden Regeleinrichtung 31 zugeführt wird, betätigt werden kann.

Der Unterdruck vom Ansaugrohr des Verbrennungsmotors

g₀ 13 beaufschlagt über ein Rohr 33 eine Düse 33A, die durch ein Ventilelement 34A geschlossen oder geöffnet wird; dieses Ventilelement 34A befindet sich fest auf einer Membran 34, die auf einer Seite eine Regelkammer 35 und auf der gegenüberliegenden Seite eine unter Atmosphärendruck stehende Kammer 36 definiert, die nach

außen, also zur Umgebung hin, offen ist. Federn 37 und

38 spannen die Membran 34 in entgegengesetzte Richtungen vor.

Die Regel kammer 35, deren Düse 33 A mit der Quelle für den Unterdruck im Ansaugrohr in Verbindung steht, weist ein weiteres Rohr 39 auf, das mit einer Öffnung 40 versehen ist. Das Rohr 39 ist mit einer Düse 39 A ausgebildet, die mit einem durch ein Solenoid 41 betätigbaren Ventilelement 42 zusammenwirkt. Von einer Stelle des Rohrs 39 zwischen der Öffnung 40 und der Düse 39 A zweigt eine Unterdruckleitung 43 ab und führt zu der Unterdruckkammer 26 des Strömungsregelventils 20,

Das Ventilelement 42 ist fest auf einer Membran 44 ange-¹^ bracht und wirkt mit dem Solenoid bzw. Elektromagneten 41 in der Weise zusammen, daß bei einer Erregung des Solenoids 41 das Ventilelement 42 die Düse 39 A öffnet, wodurch atmosphärische Luft die Unterdruckleitung 43 beaufschlagt, während bei einer Entregung des Solenoids das Ventilelement 42 die Düse 39 A wegen der Vorspannung der Membran 44 schließt, so daß sich in der Unterdruckleitung 43 der gleiche Unterdruck wie in der Regelkammer entwickeln kann.

Ein Temperaturfühler 45 ist in dem Einlaßdurchgang 18 an einer Stelle in Strömungsrichtung gesehen hinter einer Abzweigung angeordnet, an der der Bypass-Durchgang 16 auf den Einlaßdurchgang 18 stößt. Das Ausgangssignal des Fühlers 45 wird auf die Regeleinrichtung 31 gegeben.

Die Regeleinrichtung 31 empfängt auch Ausgangssignale ve ■ einem Fühler 46 am Ansaugrohr, der den Unterdruck im Ansaugrohr ermittelt, sowie von einem Fühler 47 die Γ rehzahl des Motors. Die Ausgangssignale dieser Fühler 46 und 47 dienen dazu, die Betriebsbedingungen des Motors festzustellen.

Die Regeleinrichtung 31 weist im wesentlichen den aus Fig. 6 ersichtlichen Mikrocomputer auf. Dieser Mikrocomputer enthält ein Eingabe/Ausgabe-Interface 50, einen

_ Lesespeicher ROM 51, der verschiedene Solltemperaturen ο

des Kühlmittels für die verschiedenen Betriebsbedin gungen in Form der aus Fig. 7 ersichtlichen Tabelle speichert, und eine Zentraleinheit CPU 52.

Fig. 8 zeigt ein Flußdiagramm einer Betriebsroutine des Mikrocomputers. In den Schritten Pl, P2 und P3 werden die festgestellte Ist-Temperatur TWl des Kühlmittels, der festgestellte Unterdruck Pm im Ansaugrohr bzw. die festgestellte Drehzahl RPM des Motors jeweils von den entsprechenden Fühlern 45, 46 und 47 ausgelesen. Im Schritt P4 wird, basierend auf dem unterdruck Pm im Ansaugrohr und der Drehzahl RPM des Motors, die bei den vorherigen Schritten ausgelesen worden sind, aus der Tabelle nach Fig. 7 eine Soll-Temperatur TW2 des

Kühlmittels gewonnen. Im Schritt P5 wird die Ist-Tempera-20

tür TWl des Kühlmittels mit seiner Soll-Temperatur TW2 verglichen. Wenn die Ist-Temperatur TWl größer als oder gleich der Soll-Temperatur TW2 ist, geht die Regelung zum Schritt P7 bei dem ein elektrischer Strom durch das Solenoid bzw. den Elektromagneten 41 des Onterdruck-

reglers 21 fließen kann, um diesen zu erregen; ist jedoch die Ist-Temperatur TWl kleiner als die Soll-Temperatur TW2, so geht die Regelung zum Schritt P6, bei dem die Zuführung des elektrischen Stroms zu dem Solenoid 41 unterbrochen wird, um dieses zu entregen.

Die Zuführung des elektrischen Stroms zu dem Solenoid 41 bewirkt, daß das Ventilelement 42 die Düse 39 A Öffnet; dadurch kann atmosphärische Luft über die Unterdruckleitung 43 in die Unterdruckkammer 26 des Strömungsregelventils 20 eindringen, wodurch wiederum der Unter-

. - 45' i -"'. Ί 1 - c- -f

druck in der Unterdruckkammer 26 verringert wird. Dies führt dazu, daß das Regelventil 20 sich weiter öffnet. Wenn das Regelventil 20 seine Öffnung vergrößert,

nimmt 3ie Strömungsgeschwindigkeit des durch den Kühler 5

14 fließenden Kühlmittels zu, wodurch wie.derum die Kühlmitteltemperatur des Kühlmittels abgesenkt wird, das dem Hauptkörper 13 des Motors zugeführt Werden soll. Wird die Zuführung des elektrischen Stroms unterbrochen, so wird die Düse 39 A geschlossen und der Unterdruck in der Unterdruckkammer 26 nimmt zu. Dadurch verringert das Regelventil 20 seinen Öffnungsgrad, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit des durch den Kühler 14 fließenden Kühlmittels verkleinert wird; dies führt wiederum

zu einem Anstieg der Temperatur des Kühlmittels.
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Das System mit dem oben beschriebenen Aufbau hat die folgende Funktionsweise: In Abhängigkeit von den Signalen, die von dem Fühler 46 für den Unterdruck am Ansatzrohr und dem Fühler 47 für die Drehzahl des Motors zuge-20

führt werden, ermittelt die Regeleinrichtung 31 aus der Tabelle nach Fig. 7 die Soll-Temperatur des Kühlmittels, die diesen Betriebsbedingungen zugeordnet ist.

Aus der Tabelle nach Fig. 7 erkennt man folgenden Zusam-25

menhang zwischen den verschiedenen Parametern: Wenn der Motor bei niedrigen Drehzahlen mit niedriger BeIa stung läuft, wird als Soll-Temperatur des Kühlmittels ein hoher Temperaturwert eingestellt. Andererseits wird

als Soll-Temperatur des Kühlmittels ein niedriger Tempe-30

raturwert eingestellt, wenn der Motor bei hoher Drehzahl mit hoher Last läuft. Sogar bei gleicher Motorlast wird di" Soll-Temperatur des Kühlmittels zur Seite niedriger Temperaturen hin verschoben, wenn die Drehzahl des Mo- *■ >rs zunimmt; das Ausmaß der Verschiebung von der Seite hoher Temperaturen zur Seite niedriger Temperaturen

nimmt mit einer Erhöhung der Motorlast zu.

Nach der Ermittlung der Soll-Temperatur des Kühlmittels aus der Tabelle nach Fig. 7 vergleicht die Regeleinrichtung 31 die festgestellte Ist-Temperatur TWl des Kühlmittels mit der Soll-Temperatur TW2.

Wenn die Soll-Temperatur TW2 des Kühlmittels auf einen hohen Wert eingestellt wird, wie es beispielsweise für den Betrieb bei niedrigen Drehzahlen und niedriger Last erforderlich ist, ist die Ist-Temperatur TWl des Kühlmittels niedriger als die Soll-Temperatur TW2, Dann unterbricht die Regeleinrichtung 31 die Stromzufuhr zu dem Solenoid 41, so daß das Ventilelement 42 die Düse 39 A schließen kann; dadurch beaufschlagt der Unterdruck in der Regelkammer 35 die Unterdruckkammer 26, so daß die Membran 25 das Ventilelement 23 gegen die Rückführfeder 28 drückt; dadurch wird der Öffnungsgrad des Regelventils 20 verringert oder zu Null gemacht.

Dies führt wiederum zu einer Verringerung der Strömung des durch den Kühler 14 fließenden Kühlmittels, wodurch die Temperatur des Kühlmittels zunimmt, die im Kreislauf durch einen Wassermantel (nicht dargestellt) den Hauptkörper 13 des Motors geführt wird.

Diese Temperatur wird von dem Fühler 45 festgestellt, dessen Ausgangssignal auf die Regeleinrichtung 31 zurückgekoppelt wird.

Wenn die Ist-Temperatur TWl des Kühlmittels seine Soll-Temperatur übersteigt, ermöglicht die Regeleinrichtung 31 wieder eine Stromzufuhr zu dem Solenoid 41, so daß das Ventilelement 42 des Unterdruckreglers 21 die Düse 39 A öffnen kann, wodurch der das strömungsregelventil 20 beaufschlagende unterdruck verringert wird. Dadurch

kann die Rückführfeder 28 das Ventilelement 23 des Steuerventils 20 in Richtung einer Öffnung des Ventils verschieben, wodurch das Ventilelement 23 außer. Eingriff mit dem Sitzbereich 22 kommt. Dadurch nimmt wiederum die Strömungsgeschwindigkeit des durch den Kühler 14 fließenden Kühlmittels zu, wodurch sich ein Absinken der Kühlmitteltemperatur ergibt. Wenn andererseits die Ist-Temperatur TWl wieder unter die Soll-Temperatur TW2 absinkt, wird das Regelventil 20 wieder geschlossen. Durch Widerholung dieser Abläufe nähert sich schließlich die Ist-Temperatur des Kühlmittels der Soll-Temperatur für niedrige Drehzahlen und niedrige Last des Motors.

Wenn andererseits der Motor bei hohen Drehzahlen mit hoher Last läuft, wird die Soll-Temperatur TW2 des Kühlmittels zu niedrigen Temperaturen hin verschoben.

In diesem Zustand ermöglicht die Regeleinrichtung 31 die Stromzufuhr zu dem Solenoid 41 des Unterdruckreglers 21, so daß der Öffnungsgrad des Strömungsregelventils 20 zunimmt. Dies führt wiederum zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des durch den Kühler 14 fließenden Kühlmittels, wodurch die Temperatur des Kühlmittels

abnimmt.
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Da wegen dieser Rückkopplung der Öffnungsgrad des Regelventils 20 geändert wird, wenn die Ist-Temperatur TWl des Kühlmittels von seiner Soll-Temperatur TW2 abweicht, wird sogar dann die Temperatur des Kühlmittels mit großer Genauigkeit auf den gewünschten Wert eingestellt, wenn sich dieser gewünschte Wert bei Variationen der Bfhriebsbedingungen des Motors ändert. Dies kann man leicht aus den grafischen Darstellungen nach Fig. 9

aleiten.
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Da bei dieser Ausfiihrungsform das Stromungsregelventil

20 auf der Auslaßseite der Wasserpumpe 17 angeordnet ist, kann das Auftreten von Kavitationen, die durch

(. nicht ausreichende Ansaugkraft der Wasserpumpe 17 erzeugt werden können, vermieden werden.

Obwohl bei dieser Ausführungsform das Betätigungssignal für den Elektromagneten, das an den Unterdruckregler

21 angelegt wird, die sogenannte "BIN/AUS-"Porm" hat, also mit einer Zweipunktregelung arbeitet, kann das Solenoid bzw. Elektromagnet 41 auch durch Änderung des EIN/AüS-Tastzyklus der elektrischen Impulse, die an das Solenoid 41 angelegt werden, mit vorgegebener Frequenz betätigt werden. Im zuletzt erwähnten Fall kann

die Temperatur des Kühlmittels auf jeden beliebigen Soll-Wert mit geringer Abweichung eingestellt werden.

Bei der zweiten, in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform ist das Strömungsregelventil 20 in dem Einlaßdurchgang 18 an einer Stelle in Strömungsrichtung gesehen vor der Abzweigung angeordnet, an der der Bypass-Durchgang 16 in den Einlaß-Durchgang 18 mündet.

In diesem Fall wird, ähnlich wie bei der oben beschriebe-25

nen, ersten Ausführungsform der Offnungsgrad des Regelventils 20 durch Rückkopplung in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal eines Temperaturfühlers geregelt. Dadurch kann die Temperatur des Kühlmittels auf dem optimalen

Wert für jeden Betriebszustand gehalten werden.
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Obwohl bei der zweiten Ausführungsform das Ventilelement 23 des Strömungsregelventils 20 dem Ansaugdruck der Wasserpumpe 17 ausgesetzt und das Ventilelement 23 außerdem in Richtung einer Ventilöffnung vorgespannt ist, wird die aus dem Ansaugdruck der Wasserpumpe 17 abgelei-

tete Kraft zumindest teilweise ausgeglichen, weil der Unterdruck am Ansaugrohr die Membran 25 beaufschlagt, die im wesentlichen die gleiche Wirkdruckfläche wie das Ventilelement 23 hat, um eina Kraft zu erzeugen, die entgegen der Öffnungsrichtung des Ventils wirkt.

Das Strömungsregelventil 20 arbeitet also in guter Abhängigkeit von dem Regelunterdruck, der die Unterdruckkammer 2.6 beaufschlagt, ohne die effektive Wirkdruck-10

fläche der Membran 25 zu erhöhen. Außerdem wird der

Öffnungsgrad des Regelventils 20 durch eine Änderung des Ansaugdruckes bei einer Schwankung der Umdrehungsgeschwindigkeit der Wasserpumpe 17 weniger beeinflußt.

Wie oben beschrieben wurde, läßt sich also entsprechend dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung die Temperatur des Kühlmittels mit guter Genauigkeit auf unterschiedliche Soll-Werte einstellen, und zwar in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Mo-

tors, wodurch es möglich wird,., die Wirtschaftlichkeit des Kraftstoffverbrauches und die Reinheit des Abgases ohne nachteilige Auswirkungen auf das Betriebsverhalten bzw. den Wirkungsgrad des Motors zu verbessern.

Da der Temperaturfühler unabhängig von dem Strömungsregelventil vorgesehen ist, kann außerdem das Strömungsregelventil mit guter Genauigkeit sogar dann betätigt werden, wenn es im Einlaß oder im Auslaß des Kühlmittel-Kreislaufes installiert wird. Weiterhin werden keine

besonderen Anforderungen an den Aufbau und an die Struktur des Regelventils gestellt, so daß jeder beliebige St-ömungsregelventiltyp eingesetzt werden kann. Insbesondere kann auch ein Strömungsregelventil mit einem Mem-^μcan-Stellglied verwendet werden, wodurch es möglich

wird, die Größe des Ventilstellgliedes des Strömungsregelventils zu verringern.

- Leerseite -

Claims

GRÜrslECKER, KINKELDEY, STOCKMAIR & PARTNER PAT ENTANWALTE EUHOfEAN ΡΑΓΕΝ Γ ATTORNcYS /· GRÜNECKER »pl-ing DR H. KINKE-LDEY. oolimg DR W. STOCKMAIR. ορι...λ.λ£ε ( DR K. SCHUMANN. η=ι r^r,;. P H. JAKOB, cw.-!Ne DR G. BEZOLD. wu-chem W. MEISTER. »PL .no H. HILGERS. u«.-'ins DR. H MEYER-PLATH. an..-i«i NISSAN MOTOR CO., LTD. No. 2, Takara-cho, Kanagawa-ku Yokohama City, Japan BODO MUHCHtIM."?? ΜΑΧ1ΜΗ.ΙΛΝ5ΤΙ1Λ;·.Γ.Ι !,.I P 18 880 System zur Regelung der Kühlmittel-Temperatur einer Wärmekraftmaschine Patentansprüche

1.) System zur Regelung der Temperatur eines Kühlmittels, das in einem Kreislauf durch den Hauptteil einer Wärmekraftmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors, geführt wird, gekennzeichnet durch einen Kühlmittelkreis mit einem Kühler (14), mit einem Auslaßdurchgang (15), der das relativ heiße Kühlmittel von dem Hauptteil (13) der Wärmekraftmaschine dem Kühler (14) zuführt, mit einem Einlaß- Durchgang (18), der das relativ kalte Kühlmittel von dem Kühler (14) dem Hauptteil (13) der Wärmekraftmaschine zuführt, und mit einem Bypass-Durchgang (16), von dem ein Ende mit- dem

Auslaß-Durchgang (15) und das gegenüberliegende Ende mit dem Einlaß-Durchgang (18) verbunden sind, um das relativ heiße Kühlmittel direkt unter Umgehung des Kühlers (14) dem relativ kalten Kühlmittel zuzuführen, weiterhin durch einen in dem Kühlmittel-Kreislauf angeordneten Temperaturfühler (45) für die Feststellung der Ist-Temperatur des Kühlmittels in dem Kühlmittel-Kreislauf und zur Erzeugung eines die Ist- Temperatur anzeigenden Signals, durch eine Einrichtung (46, 47) zur Feststellung der Betriebsbedingungen der Wärmekraftmaschine, durch eine Einrichtung zur Bestimmung der Soll-Temperatur des Kühlmittels für die festgestellten Betriebsbedingungen und zur Erzeugung eines die Soll-Temperatur des Kühlmittels anzeigenden Signals, durch eine Einrichtung für den Vergleich des die Ist- Temperatur des Kühlmittels anzeigenden Signals mit dem die Soll-Temperatur des Kühlmittels anzeigenden Signal, und durch eine auf das Vergleichsergebnis ansprechende Einrichtung zur Regelung der Strömungsgeschwindigkeit

des durch den Kühler (14) fließenden Kühlmittels in der Weise, daß die Differenz zwischen dem die Ist-Temperatur des Kühlmittels anzeigenden Signal und dem die Soll-Temperatur des Kühlmittels anzeigenden Signal verringert wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung ein Stromungsregelventil mit einem in dem Kühlmittel-Kreislauf angeordneten Ventilelement und mit einem Stellglied mit einer eine Unterdruckkammer bildenden Membran für die Betätigung des Ventilelementes in Abhängigkeit von dem Steuerunterdruck in der Unterdruckkammer, einen Unterdruckregler für die ERzeugung des Regelunterdrucks in Abhängigkeit von einem angelegten, elektrischen Signal und einen Regler für die Erzeugung des elektrischen Signals aufweist.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement des Strömungsregelventils in dem Auslaß-Durchgang an einer Stelle in Strömungsrichtung gesehen vor einer Abzweigung angeordnet ist_f an der der Bypass-Durchgang (16) mit dem Auslaß-Durchgang verbunden ist, und daß der Temperaturfühler (45) in dem Einlaß-Durchgang an einer Stelle in Strömungsrichtung gesehen hinter einer Abzweigung vorgesehen ist, an der der Bypass-Durchgang (16) mit dem Einlaß-Durchgang verbunden ist.

4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement des Strömungsregelventils in dem Einlaß-Durchgang an einer Stelle in Strömungsrichtung gesehen vor einer Abzweigung angeordnet ist, an der der Bypass-Durchgang (16) mit dem Einlaß-Durchgang verbunden ist, und daß der Temperaturfühler (45) in dem Einlaß-Durchgang an einer Stelle in Strömungsrichtung gesehen

hinter dem Ventilelement des Strömungsregelventils angeordnet ist.