DE3433370C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor nach
dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Kühlsysteme für Verbrennungsmotoren, insbesondere auch für Dieselmotoren,
weisen üblicherweise ein Thermostatventil auf, mit dessen Hilfe der Strom
des Wärmetauschermediums auf den Weg durch einen Kühler und den Weg durch
einen am Kühler vorbeiführenden Bypass verteilt wird. Das bekannte Kühl
system, von dem die Erfindung ausgeht (DE-OS 25 27 872), weist zwei mit
einander über eine Ventileinheit gekoppelte Kühlkreisläufe auf. Im einen
Kühlkreislauf zirkuliert eine Kühlmittelpumpe das Wärmetauschermedium
durch einen Motorblock des Verbrennungsmotors, während im anderen Kühl
kreislauf eine weitere Kühlmittelpumpe das Wärmetauschermedium zuächst
durch einen Kühler oder an diesem vorbei durch einen Bypass zu einem Ther
mostatventil zirkuliert. Im Anschluß an das Thermostatventil tritt das in
diesem Kühlkreislauf zirkulierte Wärmetauschermedium in einen Ladeluft
kühler bzw. Nachkühler und danach in einen Ölkühler und/oder in einen Ge
triebeölkühler ein, um abschließend dann wieder zur Ventileinheit zurück
geführt zu werden, wo es erneut mit Wärmetauschermedium aus dem ersten
Kühlkreislauf gemischt wird.
Das in den Kühler eintretende Wärmetauschermedium des zuvor erläuterten
Kühlsystems weist eine Temperatur auf, die deutlich niedriger liegt als
die Temperatur am Ausgang des Ölkühlers bzw. Getriebeölkühlers, da auf
dem Weg zurück zum Wärmetauscher die Ventileinheit und die Kühlmittel
pumpe durchströmt wird und in der Ventileinheit außerdem noch eine Mi
schung mit Wärmetauschermedium aus dem Motor-Kühlkreislauf erfolgt. We
gen der Gefahr der Blasenbildung im Wärmetauschermedium in der Kühlmit
telpumpe muß hier die Temperatur des Wärmetauschermediums auch auf einen
bestimmten oberen Grenzwert begrenzt sein, so daß die bei diesem Stand
der Technik realisierbare Einlaßtemperatur des Wärmetauschermediums beim
Einlaß in den Kühler begrenzt ist.
Üblicherweise wird ein Kühler aus teueren Materialien wie Kupfer und
Aluminium hergestellt. Deshalb ist es erstrebenswert, den Kühler so
klein wie möglich zu machen. Die Größe des Kühlers wird aber von der
maximal zu erwartenden Wärmebelastung bestimmt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, daß bekannte Kühlsystem
für einen Verbrennungsmotor so auszugestalten und weiterzubilden, daß
durch Erhöhung der Einlaßtemperatur des Kühlers die Baugröße des Kühlers
geringer werden kann.
Die zuvor aufgezeigte Aufgabe wird durch das Merkmal des kennzeichnenden
Teils des Anspruchs 1 gelöst. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung
ist im Anspruch 2 beschrieben.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß nach der Kühlmittelpumpe und vor
dem Kühler bei einem vorgegebenen Wärmetauschermedium noch ein Tempera
turbereich besteht, in dem die Temperatur des Wärmetauschermediums wei
ter erhöht werden kann, ohne daß es zu einer Blasenbildung im Wärmetau
schermedium kommt. Bei strömendem Wärmetauschermedium außerhalb der Kühl
mittelpumpe liegt die für die Blasenbildung relevante Grenztemperatur
nämlich deutlich höher als in der Kühlmittelpumpe. Von dieser Erkenntnis
ausgehend ist erfindungsgemäß der Ölkühler zwischen die Kühlmittelpumpe
und den Kühler gelegt worden, also unmittelbar stromauf der Abzweigung
des Bypass angeordnet. Dabei macht man sich die Tatsache zunutze, daß
der Wirkungsgrad des Kühlers als Wärmetauscher von der Temperaturdiffe
renz zwischen der Temperatur des Wärmetauschermediums, das in den Kühler
eintritt, und der Temperatur der Umgebungsluft, die die Wärme vom Kühler
abzuführen hat, abhängt. Durch die erfindungsgemäß verwirklichte Vergröße
rung der zuvor erläuterten Temperaturdifferenz kann man bei gleicher ma
ximal möglicher Wärmeabfuhr über den Kühler eine insgesamt geringere Bau
größe des Kühlers realisieren.
Insgesamt wird mit dem erfindungsgemäßen Kühlsystem also der Wirkungs
grad des Kühlers dadurch verbessert, daß die Einlaßtemperatur des Küh
lers wesentlich, im Idealfall bis nahe an den unter Berücksichtigung
der Blasenbildung im Wärmetauschermedium maximal möglichen oberen Grenz
wert erhöht wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungs
beispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigt
Fig. 1 in einer Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel eines Kühl
systems an einem Dieselmotor,
Fig. 2 den Dieselmotor aus Fig. 1 in Stirnansicht,
Fig. 3 ein schematisches Flußdiagramm des Kühlsystems bei voll
ständigem Kühlbetrieb,
Fig. 4 eine detaillierte schematische Wiedergabe eines Dieselmotors mit
dem Kühlsystem zur Darstellung des Zusammenwirkens verschie
dener Komponenten des Kühlsystems und des Dieselmotors,
Fig. 5 ausschnittweise, in vergrößerter Schnittdarstellung, eine
Komponente des Kühlsystems, nämlich ein Thermostatventil,
mit Darstellung der Kühlmittelströmung im vollständigen
Bypassbetrieb,
Fig. 6 eine Fig. 5 entsprechende Darstellung, jedoch mit Darstellung
der Kühlmittelströmung in einem Zustand zwischen vollständi
gem Kühlbetrieb und vollständigem Heizbetrieb,
Fig. 7 eine Fig. 5 entsprechende Darstellung mit der Kühlmittel
strömung im vollständigen Kühlbetrieb,
Fig. 8 ein Diagramm eines durch ein Steuerlogiksystem erzielbaren
Strömungsverlaufes mit der Kühlmittelströmungsrate durch
den Nachkühler bezogen auf die Temperatur des vom Ölkühler
abströmenden Wärmetauschermediums,
Fig. 9 ein Diagramm der Lufttemperatur im Ansaugkrümmer eines Die
selmotors in Abhängigkeit von der Motorlast für zwei ver
schiedene Steuerlogiksysteme bei einer Umgebungstemperatur
von ca. 2°C,
Fig. 10 ein Diagramm wie in Fig. 9, bei einer Umgebungstemperatur
von ca. 15°C und
Fig. 11 ein Diagramm wie in Fig. 9, bei einer Umgebungstemperatur
von ca. 30°C.
Fig. 1 zeigt ein Kühlsystem an einem Dieselmotor 1. Die Pfeile zeigen die
Strömungswege eines Wärmetauschermediums, typischerweise einer Mischung
aus Wasser und Frostschutzmittel, auch Kühlmittel genannt. In Fig. 1 wird
das System im vollständigen Kühlbetrieb gezeigt. Dieser vollständige Kühl
betrieb wird nachstehend noch genauer erläutert.
Der Motor 1 umfaßt einen Motorblock 2 mit Zylinderlaufbüchsen und Zylin
derköpfe 4. Weiter ist ein Turbolader 6 zur Verdichtung der den Motor
zylindern zugeleiteten Verbrennungsluft vorgesehen. Ein ganz normaler
Ölkühler 10 ist dargestellt mit einem Einlaß 12 und einem Auslaß 14.
Außerdem ist ein Mehrweg-Kühler 30 mit einem Kühlereinlaß 32 (auch als
Motorauslaß bezeichnet) und einem Kühlerauslaß 34 (auch als Motoreinlaß
bezeichnet) vorgesehen. Eine Kühlmittelpumpe 40, im üblichen Sprachge
brauch als Wasserpumpe bezeichnet, ist in Verbindung mit einem Steuer
logiksystem, nämlich mit einem Thermostatventil 50, dargestellt.
Aus Fig. 2 ergibt sich, daß der Motor 1 mit einem Nachkühler 20 mit einem
Einlaß 22 und einem Auslaß 24 versehen ist. Dem Einlaß 22 des Nachkühlers 20
wird Kühlmittel zugeführt, das vom Auslaß 24 dann zur Kühlmittelpumpe 40
zurückgeleitet wird.
Fig. 3 zeigt schematisch einen Motorkreislauf 60 und einen Kühlerkreis
lauf 70, in denen das Kühlmittel geführt wird. Im Motorkreislauf 60 ist
die Kühlmittelpumpe 40 so wirksam, daß ein Teil des Kühlmittels dem Mo
torblock 2 und den Zylinderköpfen 4 zugeleitet wird. Das Kühlmittel zirku
liert durch die Zylinderlaufbüchsen im Motorblock 2 und durch die Zylin
derköpfe 4, führt die dort entstehende Wärme ab und kehrt zum Einlaß 42
der Kühlmittelpumpe 40 zurück.
Im Kühlkreislauf 70 sind in Reihe hintereinander angeordnet, der Ölküh
ler 10 mit dem Einlaß 12, der an einen Auslaß 44 der Kühlmittelpumpe 40
angeschlossen ist, eine Kombination C eines Kühlers 30 und eines Bypass 35,
beide parallel zueinander und zusammen stromabwärts des Ölkühlers 10 an
geordnet, ein Thermostatventil 50, angeordnet am Einlaß der Kombination C,
der Nachkühler 20 stromabwärts der Kombination C. Auch ein Ölkühlerschirm 16
und ein Nachkühlerschirm 26 können noch in den Kühlerkreislauf 70 inte
griert sein.
In Fig. 3 ist der Kühlerkreislauf 70 dargestellt, während das Gesamtsystem
im vollständigen Kühlbetrieb arbeitet. Im vollständigen Kühlbetrieb sind
der Ölkühler 10, der Kühler 30 und der Nachkühler 20 miteinander verbun
den. Das Thermostatventil 50 veranlaßt das vom Ölkühler 10 kommende Kühl
mittel, den Kühler 30 der Kombination C zu durchströmen und vom Kühler 30
dem Nachkühler 20 zuzuströmen. Der vollständige Kühlbetrieb wird im darge
stellten Ausführungsbeispiel dadurch bestimmt, daß die Temperatur des Kühl
mittels am Auslaß 14 des Ölkühlers 10 vom Temperatursensor des Thermostat
ventils 50 entsprechend gemessen worden ist. Überschreitet die gemessene
Temperatur einen Temperatursollwert, typischerweise im Bereich zwischen
88 und 91°C, so ist das Bypassventil 52 des Thermostatventils 50 ge
schlossen und das Kühlmittel wird durch das Kühlerventil 54 des Thermos
tatventils 50, das sich in Öffnungsstellung befindet, dem Kühlereinlaß 32
zugeleitet. Das zeigt Fig. 7. Nach Durchströmen des Kühlers 30 ist die
Temperatur des Kühlmittels erheblich geringer geworden und dieses Kühl
mittel wird dem Einlaß 22 des Nachkühlers 20 zugeleitet. In diesem Zu
stand wird das Temperaturpotential des Kühlmittels am Nachkühler 20
maximal, so daß ein Betrieb des Dieselmotors 1 mit besonders hohem Wir
kungsgrad gefördert wird.
Ein bedeutsamer Vorteil des in Verbindung mit Fig. 3 erläuterten Kühl
systems besteht darin, daß der Ölkühler 10 im Kühlkreislauf 70 un
mittelbar stromaufwärts des Kühlers 30 angeordnet ist. Der Ölkühler 10
arbeitet typischerweise bei Temperaturen, die erheblich höher sind als
die Temperaturen, die vom Motorblock 2 oder den Zylinderköpfen 4 ausge
halten werden können. Dementsprechend trägt der Ölkühler 10 noch zusätz
lich zur Aufheizung des Kühlmittels bei, so daß das Kühlmittel mit einer
höheren Temperatur als sonst in den Kühler 30 eintritt. Diese Tempera
turerhöhung verbessert das Temperaturpotential am Kühler 30, wodurch
seinerseits die Verwendung eines kleineren und/oder kostengünstigeren
Kühlers 30 nebst zugehöriger Ventilatoranordnung möglich ist. Bei
spielsweise ist für das in Fig. 3 dargestellte Kühlsystem berechnet
worden, daß die Temperatur des Kühlmittels am Einlaß des Kühlers 30
bei einer bestimmten Wärmeabgabelast des Motors 1 etwa 95°C beträgt,
wenn ein Ölkühler 10 im Kühlerkreislauf 70 fehlt. Bei gleicher Wäremab
gabelast wird durch Anordnung des Ölkühlers 10 im Kühlerkreislauf 70
in Fig. 1 die Temperatur des Kühlmittels am Kühlereinlaß 32 des Küh
lers 30 auf etwa 101°C erhöht. Diese Temperaturerhöhung gibt dem
Motorkonstrukteur die Möglichkeit, die Stirnfläche des Kühlers 30 um
25% zu verringern, die Anzahl von Kühlrippen je cm auf der Luftan
strömseite des Kühlerkerns um 25% zu verringern oder eine Verringerung
der Luftkühlleistung um 47% auszunutzen (Luftkühlleistung = Leistung,
die vom Kühlerventilator verbraucht wird).
Das in Fig. 3 dargestellte Kühlsystem arbeitet im vollständigen Bypass
betrieb dann, wenn die Temperatur des vom Auslaß 14 des Ölkühlers 10 ab
gegebenen Kühlmittels vom Thermostatventil 50 als gleich mit oder ge
ringer als ein erster Temperatursollwert festgestellt wird, wobei der
erste Temperatursollwert üblicherweise im Bereich zwischen 60 und 63°C
liegt. Unter diesen Umständen, die üblicherweise während des Startens
und Warmlaufens des Motors 1 auftreten, ist das Kühlerventil 54 ge
schlossen, so daß Kühlmittelströmung durch den Kühler 30 verhindert
wird. Gleichzeitig ist das Bypassventil 52 geöffnet, so daß das Kühl
mittel sofort und unmittelbar dem Einlaß 22 des Nachkühlers 20 zuge
leitet wird. Während dieses ist also der Nachkühler 10 strömungsmäßig
in Reihe mit dem Bypass 35 und dem Nachkühler 20 geschaltet und der
Kühler 30 wird vollständig umgangen. Dies erlaubt es, daß die Verbren
nungsluft des Motors 1 während des Startens und Warmlaufens des Mo
tors 1 erwärmt wird, wodurch der Wirkungsgrad der Verbrennung während
des Warmlaufens erheblich verbessert und überdies der Ausstoß giftiger
Gase verringert wird.
Selbstverständlich arbeitet das Kühlsystem auch in Betriebszuständen
zwischen dem vollständigen Kühlbetrieb und dem vollständigen Heizbetrieb
bzw. Bypassbetrieb. Anderen Aspekten folgend, die später noch genauer
erläutert werden, kann die Menge des Kühlmittels, die durch den Bypass 35
und durch den Kühler 30 strömt, unabhängig voneinander dadurch gesteuert
werden, daß das Betriebsverhalten des Bypassventils 52 und des Kühlven
tils 54 entsprechend vorgegeben bzw. gesteuert wird.
Betrachtet man nun Fig. 4, so erkennt man hier eine zwar schematische,
jedoch detaillierte Darstellung, insbesondere die Beziehung des Kühl
systems zu verschiedenen Elementen eines modernen Dieselmotors. Wie in
Fig. 4 dargestellt ist, teilt sich das Kühlmittel vom Auslaß 44 der
Kühlmittelpumpe 40 in vorgegebene Anteilen einerseits zum Einlaß 12 des
Ölkühlers 10, andererseits zum Auslaßverteiler 46 der Kühlmittelpumpe 40.
Vom Auslaßverteiler 46 wird das Kühlmittel durch eine Mehrzahl von We
gen jeder der Laufbüchsen des Motorblocks 2 zugeleitet und dann durch
die Zylinderköpfe 4 geleitet, um schließlich in einen Rücklaufsammler 48
abzuströmen. Im Kreis zwischen dem Auslaßverteiler 46 und dem Rücklauf
sammler 48 kann auch noch eine Innenraumheizung 80 für das Führerhaus
eines Fahrers angeordnet sein. Entsprechend können noch weitere Zusatz
heizungen 82 zur Vorheizung des Motorkraftstoffes und für andere Hilfs
funktionen vorgesehen sein. Im übrigen können Zusatzkühler 84 vorgesehen
sein, um weitere konstruktive Details eines modernen, dieselgetriebenen
Fahrzeuges zu kühlen wie das Getriebe, die Kraftübertragung od. dgl.
Auch ein Kompressor 86 für Luft kann in ähnlicher Weise strömungsmäßig
mit dem Motorkreislauf 60 gekoppelt sein, obwohl normalerweise eine
Kompressorleitung 87 strömungsmäßig direkt an die Kühlmittelpumpe 40
angeschlossen ist.
Der Teil des Kühlmittels, der dem Einlaß 12 des Ölkühlers 10 zugeführt
wird, durchströmt den Ölkühler 10 und wird dann durch den Auslaß 14 des
Ölkühlers 10 dem Thermostatventil 50 zugeleitet. Wie dargestellt ist,
umfaßt das Thermostatventil 50 das Bypassventil 52 und das Kühlerven
til 54. Der Dieselmotor 1 kann auch in üblicher Weise noch mit einem
Korrosionswiderstand 88 mit Rückschlagventilen 90 einerseits zwischen
dem Thermostatventil 50 und dem Korrosionswiderstand 88, andererseits
zwischen dem Korrosionswiderstand 88 und dem Einlaß 42 der Kühlmittel
pumpe 40 versehen sein. Das das Bypassventil 52 durchströmende Kühl
mittel strömt weiter dem Einlaß 22 eines Nachkühlers 20 zu und dann
vom Auslaß 24 zurück zum Einlaß 42 der Kühlmittelpumpe 40.
In Fig. 4 ist ferner dargestellt, daß ein Teil des Kühlmittels vom Öl
kühler 10 auch durch das Kühlerventil 54 strömen kann, von wo es dem
Einlaß 32 des Kühlers 30 zugeleitet wird. Üblicherweise ist der Kühler 30
mit einem Ventilator 36 ausgerüstet und weist überdies noch eine Küh
lerbelüftung 98, ein Rückschlagventil 100 an der Kühlerbelüftung 98, ein
Ausdehnungsgefäß 94 und einen Kühlerdruckverschluß 38 auf. In strömungs
mäßiger Verbindung mit dem Ausdehnungsgefäß 94 ist eine Überlaufleitung 92
des Motors 1 und eine Fülleitung 96 für das Kühlsystem.
Kehrt man zurück zum Kühlerauslaß 34, so erkennt man, daß das Kühlsystem
so betrieben werden kann, daß das Kühlmittel vom Kühler 30 mit dem Kühl
mittel aus dem Ölkühler 10, das durch das Bypassventil 52 strömt, kombi
niert werden kann. Die so verbundene Strömung wird dann dem Einlaß 22
des Nachkühlers 20 zugeleitet. Wie zuvor diskutiert worden ist, kann
der Betrieb des Kühlsystems auch gesteuert werden, um eine Verbindung
der Kühlmittelströme vom Kühler 30 und vom Bypass 35 zu verhindern oder
zu verringern, so daß das Temperaturpotential am Nachkühler 20 nach dem
Warmlaufen maximal wird, wobei gleichzeitig während des Warmlaufens ein
Aufheizen der Verbrennungsluft gewährleistet ist. Aus der zuvor gegebenen
Beschreibung ergibt sich, daß im vollständigen Bypassbetrieb das gesamte
Kühlmittel vom Ölkühler 10 sofort zum Einlaß 22 des Nachkühlers 20 umge
leitet wird. Entsprechend ergibt es sich, daß im vollständigen Kühlbe
trieb das Schließen des Bypassventils 52 und das Öffnen des Kühlerven
tils 54 den gesamten Kühlmittelstrom vom Ölkühler 10 durch den Kühler 30
und dann zum Nachkühler 20 strömen läßt.
In den Fig. 5, 6 und 7 ist nun ein Thermostatventil 50 in verschiedenen
Betriebszuständen dargestellt. Die Kühlmittelströmung durch das Thermo
statventil 50 wird hier wiederum durch Pfeile dargestellt. Das Thermo
statventil 50 weist ein Gehäuse 51 auf, in dem im wesentlichen vier
Kammern definiert sind, nämlich eine untere Bypassventilkammer 55, eine
obere Bypassventilkammer 56, eine untere Kühlerventilkammer 57 und eine
obere Kühlerventilkammer 58. Zwischen der unteren und der oberen Bypass
vetnilkammer 55, 56 befindet sich das Bypassventil 52. In gleicher Weise
befindet sich zwischen der unteren und oberen Kühlerventilkammer 57, 58
das Kühlerventil 54. Das Gehäuse 51 weist im übrigen verschiedene Öffnungen
zur strömungsmäßigen Verbindung des Thermostatventils 50 mit anderen
Komponenten des Dieselmotors 1 auf. So ist eine Öffnung 62 vorgesehen,
über die die untere Bypassventilkammer 55 mit Kühlmittel vom Ölküh
ler 10 versorgt wird. Über eine Öffnung 64 wird der oberen Bypassven
tilkammer 56 ein Kühlmittel vom Kühlerauslaß 34 zugeführt. Über die
Öffnung 66 ist die obere Bypassventilkammer 56 mit dem Einlaß 22 des
Nachkühlers 20 verbunden. Schließlich ist über die Öffnung 68 die
obere Kühlerventilkammer 58 mit dem Kühlereinlaß 32 verbunden. Weiter
läßt sich im dargestellten Ausführungsbeispiel erkennen, daß das Ge
häuse 51 einen Durchlaß 59 zur strömungsmäßigen Verbindung der unteren
Bypassventilkammer 55 mit der unteren Kühlerventilkammer 57 aufweist.
Fig. 5 zeigt das Thermostatventil 50 im vollständigen Bypassbetrieb
bzw. Heizbetrieb. Dieser Betriebszustand tritt auf, wenn die Tempera
tur des Kühlmittels vom Ölkühler 10 niedriger als ein erster Tempe
ratursollwert liegt. Hier tritt das Kühlmittel vom Ölkühler 10 in die
untere Bypassventilkammer 55 ein, von wo aus es am Bypassventil 52 vor
bei in die obere Bypassventilkammer 56 und von dort aus durch die
Öffnung 66 dem Nachkühler 20 zuströmen kann. Eine Strömung des Kühl
mittels zum Kühler 30 wird durch das geschlossene Kühlerventil 54
verhindert, welches eine Strömung von Kühlmittel zur oberen Kühler
ventilkammer 58 blockiert. Das Kühlerventil 54 bleibt geschlossen, bis
die Temperatur einen vorbestimmten Temperatursollwert überschreitet,
der nachfolgend immer als dritter Temperatursollwert bezeichnet wird.
Es ist leicht erkennbar, daß in diesem Betriebszustand kein Kühlmittel
durch die Öffnung 64 vom Kühler 30 kommend strömt, da eben das Kühler
ventil 54 geschlossen ist.
Fig. 6 zeigt den Betrieb des Thermostatventils 50 in einem Betriebs
zustand zwischen dem vollständigen Bypassbetrieb und dem vollständigen
Kühlbetrieb. Hier läßt sich erkennen, daß das Kühlmittel vom Ölküh
ler 10 durch die Öffnung 62 in das Gehäuse 51 eintritt und in zwei
Strömungswege aufgeteilt wird. Ein Strömungsweg führt in die untere
Kühlerventilkammer 57, am teilweise geöffneten Kühlerventil 54 vorbei, in
die obere Kühlerventilkammer 58. Der andere Strömungsweg mit dem anderen
Teil des Kühlmittels wird von der unteren Bypassventilkammer 55 nach oben
umgeleitet, am teilweise offenen Bypassventil 52 vorbei in die obere By
passventilkammer 56.
In ähnlicher Weise zeigt Fig. 7 den Strömungsweg des Kühlmittels durch
das Thermostatventil 50 im vollständigen Kühlbetrieb. Die gesamte Strö
mung vom Ölkühler 10 strömt durch die Öffnung 62 in die untere Bypass
ventilkammer 55, weiter durch den Durchlaß 59 in die untere Kühlerven
tilkammer 57. Das Kühlmittel strömt dann weiter nach oben am voll ge
öffneten Kühlerventil 54 vorbei in die obere Kühlerventilkammer 58 und
dann durch die Öffnung 68 zum Kühlereinlaß 32 des Kühlers 30. Das Kühl
mittel vom Kühlerauslaß 34 des Kühlers 30 tritt durch die Öffnung 64 in
die obere Bypassventilkammer 56 ein und direkt wieder durch die Öffnung 66
aus, um dem Nachkühler 20 zuzuströmen. In diesem Betriebszustand ist
das Bypassventil 52 voll geschlossen, so daß das vom Ölkühler 10 abströ
mende heiße Kühlmittel daran gehindert wird, sich mit dem kühleren vom
Kühler 30 zum Nachkühler 20 abströmenden Kühmittel zu vermischen.
In Kenntnis des Offenbarungsgehalts der vorliegenden Anmeldung kann man
leicht nachvollziehen, daß der Strömungsverlauf durch die Bypassleitung 35
und den Kühler 30 nun unabhängig gesteuert werden kann, indem das Betriebs
verhalten des Bypassventils 52 und des Kühlerventils 54 entsprechend ein
gestellt wird. Insbesondere kann durch die Bestimmung der Temperaturen,
bei denen das Bypassventil 52 voll geöffnet (erster Temperatursollwert)
und voll geschlossen (zweiter Temperatursollwert) und das Kühlerventil 54
voll geschlossen (dritter Temperatursollwert) und voll geöffnet (vierter
Temperatursollwert) ist, die Mischung von Kühlmittel vom Kühler 30 mit
heißerem Kühlmittel aus den Bypass 35 ausgeschlossen oder verringert
werden, wobei gleichzeitig der wirksame Betrieb des Kühlsystems in beiden
extremen Betriebszuständen, d. h. dem vollständigen Kühlbetrieb und dem
vollständigen Bypassbetrieb bzw. Heizbetrieb sichergestellt ist.
Fig. 8 zeigt die grafische Darstellung eines mit dem zuvor genannten
Steuerlogiksystem erzielbaren Strömungsverlaufes. Die Darstellung
zeigt die Strömung im Kühlerkreislauf, gemessen am Einlaß 22 des
Nachkühlers 20 in 1/min in Abhängigkeit von der durch das Thermostat
ventil 50 gemessenen Temperatur in °C. Für das hier dargestellte Aus
führungsbeispiel läßt sich erkennen, daß die Strömung im Kühlerkreis
lauf 70 relativ konstant ist, bis das Bypassventil 52 zu schließen
beginnt, bei ungefähr 60 bis 63°C (erster Temperatursollwert). Bei
näherungsweise 80°C (dritter Temperatursollwert) beginnt das Kühler
ventil 54 zu öffnen und zwischen 80 und 85°C ist die Strömung durch
den Nachkühler 20 eine Mischung der Strömungen durch das Kühlerven
til 54 und das Bypassventil 52. Bei ca. 85°C (zweiter Temperatursoll
wert) ist das Bypassventil 52 vollständig geschlossen, so daß die
Strömung des Kühlmittels durch den Bypass 35 verhindert wird. Bei
88 bis 91°C (vierter Temperatursollwert) erreicht das Kühlerven
til 54 die volle Öffnungsstellung, von wo an eine konstante Kühl
mittelströmung durch den Kühlerkreislauf 70 erfolgt. Für einen Die
selmotor 1 mit einem Kühlsystem des zuvor grundsätzlich erläuterten
Aufbaues ist es im allgemeinen zweckmäßig, das Verhältnis der Diffe
renz des zweiten Temperatursollwerts und des ersten Temperatursoll
werts zur Differenz des vierten Temperatursollwerts und des ersten
Temperatursollwerts in der Größenordnung von 0,1 bis etwa 0,5 zu
wählen.
Aus den Fig. 9, 10 und 11 ergibt sich einer der Vorteile des Systems.
Hier wird die Lufttemperatur am Ansaugkrümmer eines Dieselmotors 1
mit einem dargestellten Steuerlogiksystem verglichen mit der entspre
chenden Temperatur bei einem bekannten Dieselmotor mit einem ansonsten
bekannten Steuerlogiksystem mit erheblicher und dauernder Bypass-Strö
mung während der Änderung der Strömungen aufgrund verschiedener Umge
bungstemperaturen und verschiedener Motorlast. Wie sich aus den Figuren
ergibt, wird eine erheblich bessere Kühlung der den Motorzylindern zu
geführten Verbrennungsluft erzielt. Betrachtet man Fig. 9, so ist bei
50% Last des Motors bei Nenndrehzahl und bei einer Umgebungstempe
ratur von ca. 2°C die Lufttemperatur im Ansaugkrümmer des Dieselmo
tors mit einer bekannten Steuerlogik ungefähr gleich 68°C. Demgegen
über ist bei einem Dieselmotor 1, bei dem die vorliegende Steuerlogik
verwirklicht ist, die Temperatur der Luft im Ansaugkrümmer des Motors 1
etwa gleich 27°C. Dies stellt eine erhebliche Verbesserung der Motor
betriebsweise dar, die zu Ersparnissen im Treibstoffverbrauch und zu
geringeren Abgasemissionen führt.
Die Fig. 10 und 11 zeigen entsprechende Darstellungen wie Fig. 9 bei
anderen Umgebungstemperaturen und machen deutlich, daß der Vorteil bis
zu hohen Umgebungstemperaturen beibehalten wird, insbesondere im Teil
lastbereich des Motors, wo bislang besonders wenig befriedigende Ver
hältnisse vorlagen.
Claims (2)
1. Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor (1) mit einem einen Einlaß (12)
und einen Auslaß (14) aufweisenden Ölkühler (10), mit einem Kühler (30),
einer ein Wärmetauschermedium durch das Kühlsystem zirkulierenden Kühl
mittelpumpe (40) und mindestens einem Thermostatventil (50) zur Feststellung
der Temperatur des Wärmetauschermediums an zumindest einer vorgegebenen
Stelle im Kühlsystem und zur Auslösung von den Strom des Wärmetauscher
mediums in Abhängigkeit von der festgestellten Temperatur auf unterschied
lichen Wegen lenkenden Steuervorgängen, wobei dem Kühler (30) ein Bypass (35)
zugeordnet ist und wobei dann, wenn das Kühlsystem im vollständigen Kühl
betrieb arbeitet, im wesentlichen der gesamte Strom des Wärmetauscherme
diums allein durch den Kühler (30) zirkuliert, dann, wenn das Kühlsystem
im vollständigen Heizbetrieb arbeitet, im wesentlichen der gesamte Strom
des Wärmetauschermediums allein durch den Bypass (35) zirkuliert und dann,
wenn das Kühlsystem in einem Zwischenbetriebszustand arbeitet, im wesent
lichen der gesamte Strom des Wärmetauschermediums in vorbestimmter Weise
in einen Strom durch den Kühler (30) und einen Strom durch den Bypass (35)
aufgeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Öl
kühler (10) unmittelbar stromauf der Abzweigung des Bypass (35) ange
ordnet ist.
2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom Thermostat
ventil (50) die Temperatur des Wärmetauschermediums am Auslaß (14) des
Ölkühlers (10) gemessen wird.
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