DE4121379A1 - Verfahren zum betreiben einer kuehleinrichtung fuer eine brennkraftmaschine und kuehleinrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1 bzw. eine Kühleinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bekannte Kühleinrichtungen, wie sie für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen Einsatz finden und die mit dem erhitzten Kühlmittel einen Heizungskreis zum Aufheizen des Fahrgastraums des Fahrzeugs speisen, arbeiten in der Weise, daß sie die Temperatur der Brenn­ kraftmaschine über die Kühlmitteltemperatur am Kühlmitteleingang derselben auf einen Wert zu regeln suchen, der im Hinblick auf die Befriedigung des maximalen Heizungsbedarfs gewählt ist. Diese Re­ gelung erfolgt unabhängig davon, ob die Heizung eingeschaltet ist oder nicht. Berücksichtigt man, daß in unseren Breiten Heizungs­ wärme nur während eines verhältnismäßig geringen Teils der jähr­ lichen Betriebszeit der Brennkraftmaschine abverlangt wird, so zeigt sich, daß die betrachtete Brennkraftmaschine über lange Be­ triebszeiten gleichsam grundlos mit einer relativ hohen, ihrer Le­ bensdauer abträglichen Temperatur betrieben wird, nur damit für den Fall der Einschaltung der Heizung die erforderlichen Kühlmitteltem­ peraturen zur Verfügung stehen. Dabei würde eine Verringerung der Maschinentemperatur bzw. der Kühlmitteltemperatur keinen zusätz­ lichen Aufwand bedeuten, da die Kühler mit ihrer üblichen Auslegung für eine weitere Verringerung der Maschinentemperatur um beispiels­ weise 5°C ausreichen würden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Ver­ fahren und eine Kühleinrichtung zu seiner Durchführung zu schaffen, das bzw. die selbsttätig, d. h. ohne Schaltmaßnahmen seitens einer Bedienungsperson, ausgehend vom Betrieb der Brennkraftmaschine mit für ihre Lebensdauer günstigen niedrigen Temperaturen die Deckung des jeweiligen Heizleistungsbedarfs sicherstellt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Ver­ fahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs bzw. in einer Kühleinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des An­ spruchs 2, vorteilhafte Ausbildungen der Kühleinrichtung sind Ge­ genstand der weiteren Unteransprüche.

In Abweichung vom Stand der Technik erfolgt bei der Erfindung also nicht eine Regelung auf Konstanz der Kühlwassertemperatur am Kühl­ wassereintritt der Brennkraftmaschine, sondern auf konstante Kühl­ mitteltemperatur im Rücklauf des Heizkreises. Dabei wird durch die Regelung derjenige Temperaturwert angestrebt, der sich einstellt, wenn im Heizungswärmetauscher die maximale Wärmemenge abgenommen wird. Ist die tatsächlich so abgeforderte Wärmemenge kleiner, so nähert sich die Kühlmitteltemperatur im Rücklauf des Heizkreises zunehmend der Kühlmitteltemperatur am Kühlmittelausgang der Brenn­ kraftmaschine an. Ist die Heizung völlig abgeschaltet, so stimmen die beiden Temperaturen theoretisch sogar überein. In den Fällen, in denen der Wert der Kühlmitteltemperatur im Rücklauf der Heizung anzeigt, daß das Wärmeangebot für die jeweilige Einstellung der Heizung gleichsam zu groß ist, erfolgt die Durchschaltung einer Kühlmittelleitung und damit eine zusätzliche Kühlung der Brenn­ kraftmaschine, während andernfalls diese zusätzliche Kühlmittellei­ tung gesperrt ist. Nur dann ergibt sich eine Erhöhung der Maschi­ nentemperatur zum Zwecke der Sicherstellung der für den Heizungsbe­ trieb erforderlichen Wärmemenge.

Ordnet man in der Kühlmittelleitung einen Ölkühler an, so ergibt sich gegenüber der üblichen Reihenschaltung von Brennkraftmaschine und Ölkühler im Zuge der Kühlmittelströmung eine sehr wirksame Küh­ lung des Öls.

Schlagwortartig läßt sich die Erfindung dahingehend charakterisie­ ren, daß, ausgehend von einem niedrigen Temperaturniveau der Brenn­ kraftmaschine, die sich bei eingeschalteter Heizung an dieser ein­ stellende Temperaturdifferenz durch Erhöhung der Betriebstemperatur der Maschine, erzielt durch Verringerung ihrer Kühlung, gleichsam kompensiert wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in den Fig. 1 bis 3 dar­ gestellten Ausführungsbeispiels für eine Kühleinrichtung erläutert.

In den Fig. 1 bis 3, die sich auf verschiedene Betriebszustände der Maschine und unterschiedliche Jahreszeiten beziehen, sind die ver­ schiedenen Bestandteile der Kühleinrichtung mit gleichen Bezugszei­ chen versehen.

Die allgemein mit 1 bezeichnet, einen bekannten und daher nicht dargestellten Aufbau besitzende Brennkraftmaschine besitzt in eben­ falls üblicher Weise Kühlräume und Kanäle, die über die Kühlmittel­ eintrittsleitung 2 und die Kühlmittelaustrittsleitung 3 mit der ei­ gentlichen Kühleinrichtung in Strömungsverbindung stehen. Ein gro­ ßer Kühlkreislauf enthält den in der Regel mit einem Gebläse verse­ henen Kühler 4, in dem das in der Brennkraftmaschine 1 erhitzte Kühlmittel Wärme an die Umgebungsluft abgibt; das im Kühler 4 ge­ kühlte Kühlmittel gelangt wieder zum Kühlmitteleinlaß 2 der Brenn­ kraftmaschine 1.

Ferner enthält die Kühleinrichtung den Kurzschlußkreislauf 5, der - unter Abschaltung des Kühlers 4 mittels des ersten Thermostatven­ tils 6 - bei kalter Brennkraftmaschine 1 für den Kühlmittelkreis­ lauf sorgt, so daß eine schnelle Erwärmung des Kühlmittels und da­ mit auch der Brennkraftmaschine 1 auf ihre Betriebstemperatur sichergestellt ist. Erst dann, wenn die Kühlmitteltemperatur einen oberen Grenzwert überschreitet, erfolgt durch das erste Thermostat­ ventil 6 in bekannter Weise eine Umschaltung von dem Kurzschluß­ kreislauf 5 auf den den Kühler 4 enthaltenden großen Kühlmittel­ kreislauf, so daß dann eine auch bei hoher Maschinenlast wirksame Kühlung des Kühlmittels und damit auch der Maschine sichergestellt ist.

Gleichsam einen Bestandteil der Kühleinrichtung bildet der Hei­ zungskreislauf 7, der in diesem Ausführungsbeispiel einen Heizungs­ wärmetauscher 8 beispielsweise zur Aufheizung der Luft im Innenraum eines Kraftfahrzeugs enthält. Der Heizungswärmetauscher 8 wird über seinen Zulauf 9 mit in der Brennkraftmaschine 1 erhitztem Kühl­ mittel gespeist; das Kühlmittel verläßt den Heizungskreis 7 über den Rücklauf 10, der in das Thermostatgehäuse 11 einmündet.

Schließlich enthält die Kühleinrichtung die Kühlmittelleitung 12 mit dem Ölkühler 13 der Brennkraftmaschine 1; Ein- und Auslaß die­ ser Kühlmittelleitung 12 liegen so, daß diese das erste Thermostat­ ventil 6 gleichsam überbrückt. Eingangsseitig ist der Kühlmittel­ leitung 12 das zweite Thermostatventil 14 zugeordnet, dessen Tem­ peraturerfassungsteil 15 (in der Regel ein Dehnstoffelement) im Rücklauf 10 des Heizungskreises 7 liegt und demgemäß die Kühl­ mitteltemperatur nach Durchsetzen des Heizungswärmetauschers 8 erfaßt. Die Ansprechtemperaturen der beiden Thermostatventile 6 und 14 sind so gewählt, daß das zweite Thermostatventil 14 durch Öffnen der Kühlmittelleitung 12, d. h. Herstellen einer Verbindung zwi­ schen dieser und dem Kühler 4, ungeachtet der jeweiligen Stellung des ersten Thermostatventils 6 dann gekühltes Kühlmittel den Kühl­ räumen in der Brennkraftmaschine (1) zuführt, wenn die Temperatur des Kühlmittels im Rücklauf 10 des Heizkreises 7 denjenigen Wert übersteigt, der sich dort bei voll eingeschalteter Heizung ergeben würde, während das erste Thermostatventil 6, dessen temperaturer­ fassender Teil 16 in einer Mischströmung liegt, dann öffnet, also den großen Kühlkreislauf vom Kühler 4 zum Kühlmitteleintritt 2 der Maschine direkt durchschaltet, wenn ein höher liegender oberer Grenzwert der Motortemperatur erreicht ist.

In Fig. 1 ist angenommen, daß sich bei winterlichen Temperaturen, ausgehend von einer Kühlmitteltemperatur von 87°C am Kühlmittel­ eintritt 2 der Brennkraftmaschine, am Kühlmittelauslaß 3 eine Tem­ peratur von 92° eingestellt hat. Das Kühlmittel wird in der Maschi­ ne in diesem Beispiel also um 5°C erwärmt. Der große Kühlkreislauf ist noch nicht durch Öffnen des Thermostatventils 6 durchgeschal­ tet, die Temperatur (85°C) am Heizungsrücklauf 10 hat dagegen das Öffnen des zweiten Thermostatventils 14 bewirkt. Demgemäß erfolgt mittels des zweiten Thermostatventils 14 eine Regelung auf konstan­ te Kühlmitteltemperatur im Heizungsrücklauf 10. Sollte diese Tempe­ ratur abnehmen, wird das zweite Thermostatventil 14 zunehmend ge­ schlossen, d. h. die Kühlwirkung der Kühlmittelleitung 12 verrin­ gert; sollte diese Temperatur zunehmen, wird das zweite Thermostat­ ventil 14 weiter geöffnet, und sollte schließlich die Temperatur der Brennkaftmaschine 1 einen oberen Grenzwert überschreiten, so würde dies durch Temperaturerhöhung im Bereich des Temperaturer­ fassungsteils 16 des ersten Thermostatventils 6 diesem signalisiert werden, das dann den großen Kühlmittelkreis vom Kühler 4 zum Kühl­ mitteleinlaß 2 direkt durchschaltet.

Bereits aus dieser Beschreibung wird ersichtlich, daß bei der Er­ findung primär eine Einregelung des Kühlmitteldurchsatzes nach dem jeweiligen Heizungsbedarf - übrigens einschließlich des Bedarfs Null - durch Konstanthaltung der Kühlmitteltemperatur im Heizungs­ rücklauf erfolgt, so daß eine variable Kühlmittelaustrittstempera­ tur im Kühlmittelaustritt der Brennkraftmaschine auftritt, und daß durch das übliche erste Thermostatventil 6 die Kühlmittelaustritts­ temperatur an der Brennkraftmaschine nur begrenzt wird. Dadurch wird die vorteilhafte Möglichkeit gegeben, die Brennkraftmaschine unabhängig von der Jahreszeit bei einer relativ niedrigen Tempera­ tur zu fahren, die erst bei einem höheren Wärmebedarf durch die Heizung hochgefahren wird, nämlich durch Verringerung der Kühlung.

Ebenfalls ersichtlich ist bereits aus der bisherigen Beschreibung, daß der Ölkühler in vorteilhafter Weise dann, wenn er gekühlt wer­ den muß, mit gekühltem Kühlmedium gespeist wird, da er in Strö­ mungsrichtung unmittelbar hinter dem Kühler liegt.

Fig. 2 bezieht sich auf den Regelbetrieb im Sommer. Die Darstellung entspricht derjenigen gemäß Fig. 1 für den Regelbetrieb im Winter mit dem Unterschied, daß die Temperaturen am Heizungsrücklauf 10 und am Kühlmittelaustritt 3 der Maschine 1 gleich groß sind, und zwar in diesem Ausführungsbeispiel 85°C betragen. Diese Identität der beiden Temperaturwerte rührt daher, daß eine Heizung mit Luft­ regelung Einsatz gefunden hat, also der Heizungskreis 7 zwar Kühl­ mittel führt, aber diesem im Heizungswärmetauscher 8 keine Wärme entnommen wird. Wiederum ist der Temperaturwert 85°C im Heizungs­ rücklauf 10 das Kriterium dafür, ob das zweite Thermostatventil 14 die Kühlmittelleitung 12 über den Ölkühler 13 durchschaltet oder nicht. Infolge der Identität der Temperaturwerte im Kühlmittelaus­ laß 3 bzw. 9 der Maschine 1 einerseits und im Heizungsrücklauf 10 andererseits kann man in dem vorliegenden Fall - abgeschaltete Hei­ zung - sagen, daß durch das zweite Thermostatventil 14, das ja die Temperatur im Heizungsrücklauf 10 erfaßt, eine Kühlungsregelung auf konstante Kühlmitteltemperatur im Kühlmittelauslaß der Maschine 1 erfolgt. Daraus resultiert eine Verringerung der Kühlmitteltempera­ tur an dieser Stelle und damit eine Verringerung der Maschinentem­ peratur gegenüber dem Winterbetrieb um in diesem Ausführungsbei­ spiel 7°C, wodurch die Lebensdauer der Maschine günstig beeinflußt wird.

Sollte aus irgendwelchen Gründen diese Regelung nicht ausreichen, um die Maschinentemperatur unter dem oberen Grenzwert zu halten, so spricht wiederum das erste Thermostatventil 6 an und stellt den be­ schriebenen großen Kühlkreislauf her.

Dies zeigt Fig. 3, der Vollastbetrieb der Maschine bei sehr hoher Außentemperatur, z. B. 40°C, zugrundeliegt. Man erkennt die rela­ tiv hohen Temperaturwerte an verschiedenen Stellen der Kühl­ einrichtung. Beide Thermostatventile 6 und 14 sind voll geöffnet, so daß zwei Kühlkreisläufe, nämlich der große Kühlkreislauf und ein die Kühlmittelleitung 12 enthaltender Kühlkreislauf, durchgeschal­ tet sind.

Mit der Erfindung ist demgemäß ein gattungsgemäßes Verfahren bzw. eine nach diesem arbeitende Kühleinrichtung offenbart, die mit ein­ fachen Mitteln, vor allem ohne Fremdenergie, eine Erhöhung der Ma­ schinentemperatur, ausgehend von einem für diese günstigen niedri­ gen Temperaturwert, in Abhängigkeit von dem Bedarf einer mit dem Kühlmittel gespeisten Heizung sicherstellt. Infolge Verwendung von zwei Thermostaten ergibt sich eine hohe Betriebssicherheit, und durch die sich im Sommerbetrieb bei nicht eingeschalteter Heizung automatisch ergebende Verringerung der Betriebstemperatur der Ma­ schine größere Sicherheit gegen Überhitzung.

Claims (4)

1. Verfahren zum Betreiben einer ein strömendes Kühlmittel führen­ den Kühleinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Antriebsmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit einem zumin­ dest einen Heizungswärmetauscher enthaltenden, kühlmittelge­ speisten Heizungskreis, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühl­ mitteltemperatur im Rücklauf (10) des Heizkreises (7) erfaßt und bei Unterschreiten eines unteren Grenzwertes derselben die Kühleinrichtung im Sinne einer den Temperaturabfall im Heiz­ kreis (7) zumindest teilweise kompensierenden Erhöhung der Kühlmitteltemperatur am Kühlmittelausgang (3) der Maschine (1) geregelt wird.

2. Kühleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizungswärmetau­ scher (8) Bestandteil einer luftseitig geregelten Heizung ist, daß ein zumindest einen Kühler (4) enthaltender großer Kühl­ kreislauf, ein den Kühler (4) umgehender Kurzschlußkreis­ lauf (5), ein erstes Thermostatventil (6) zur Umschaltung der Kühlmittelströmung vom Kurzschlußkreislauf (5) auf den großen Kühlkreislauf bei Überschreiten eines oberen Grenzwertes der Kühlmitteltemperatur am Kühlmittelausgang (3) der Maschine (1) sowie eine in Strömungsrichtung hinter dem Kühler (4) vom großen Kühlkreislauf abgehende Kühlmittelleitung (12) vorhanden sind, die das erste Thermostatventil (6) umgeht und von einem die Kühlmitteltemperatur im Rücklauf (10) des Heizkreises (7) erfassenden zweiten Thermostatventil (14) gesperrt wird, wenn diese Temperatur unterhalb des unteren Grenzwertes liegt.

3. Kühleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kühlmittelleitung (12) eine wärmeabgebende Einrichtung, insbesondere ein Ölkühler (13), liegt.

4. Kühleinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Thermostatventil (6) mit seinem Temperaturer­ fassungsteil (16) im Strömungsweg sowohl des Kurzschlußkreis­ laufs (5) als auch des Rücklaufs (10) des Heizungskreises (7) liegt.