DE4409547C2 - Kühlanlage für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges mit einem Thermostatventil, das ein elektrisch beheizbares Dehnstoffelement enthält - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage für einen Verbrennungs­ motor eines Kraftfahrzeuges mit einem Kühler und einem Thermo­ statventil, das eine Strömung eines Kühlmittels zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Kühler derart regelt, daß während ei­ ner Warmlaufphase das von dem Verbrennungsmotor kommende Kühl­ mittel im wesentlichen unter Umgehen des Kühlers durch einen Kurzschluß hindurch zu dem Verbrennungsmotor zurückströmt, daß während einer Betriebsphase in einem Mischbetrieb das von dem Verbrennungsmotor kommende Kühlmittel teilweise durch den Küh­ ler hindurch und teilweise durch den Kurzschluß hindurch zu dem Verbrennungsmotor zurückströmt, und daß in einer weiteren Be­ triebsphase in einem Kühlbetrieb das von dem Verbrennungsmotor kommende Kühlmittel im wesentlichen durch den Kühler hindurch zum Verbrennungsmotor zurückströmt, wobei das Thermostatventil, dessen Arbeitsbereich für den Mischbetrieb mittels Auslegung des Dehnstoffelementes auf eine vorbestimmte Temperatur fest­ gelegt ist, ein elektrisch beheizbares Dehnstoffelement ent­ hält, das zum Vergrößern des Öffnungsquerschnittes gegenüber einer durch die Temperatur des Kühlmittels bedingten Stellung mittels einer Steuerung mit elektrischer Energie versorgbar ist, die Betriebsdaten des Verbrennungsmotors erhält und die abhän­ gig von diesen Betriebsdaten die Zufuhr von elektrischer Ener­ gie zu dem Dehnstoffelement steuert, um den Arbeitsbereich des Thermostatventils vom Mischbetrieb hin zum Kühlbetrieb und zu­ rück zuverlagern.

Bei einer bekannten Kühlanlage (DE 30 18 682 A1) ist in einem Dehnstoffelement eines Thermostatventils ein elektrischer Heiz­ widerstand angeordnet, dem elektrische Energie durch einen sta­ tionär gehaltenen Arbeitskolben hindurch zuführbar ist. Die Zu­ fuhr der elektrischen Energie erfolgt über eine Regeleinrich­ tung, um die von dem Thermostatventil eingeregelte Kühlmittel­ temperatur besser als bei einem normalen Thermostatventil kon­ stant halten zu können, d. h. um eine Korrektur vorzunehmen und die Regelintervalle zu verkürzen. Hierzu wird die IST-Kühlmit­ teltemperatur gemessen und mit einem vorgegebenen oberen und mit einem vorgegebenen unteren Temperaturwert verglichen. Wird der obere Temperaturwert erreicht, so wird der Heizwiderstand mit elektrischer Energie versorgt, so daß das Thermostatventil weiter öffnet, um eine erhöhte Kühlleistung und damit eine Ab­ senkung der IST-Kühlmitteltemperatur zu erreichen. Sinkt die IST-Kühlmitteltemperatur danach unter den unteren Temperatur­ wert, so wird die Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Reiz­ widerstand unterbrochen, so daß das Dehnstoffelement von dem kälteren Kühlmittel abgekühlt wird. Dadurch wird der Ventil­ querschnitt wieder verringert, so daß die IST-Kühlmitteltempe­ ratur wieder ansteigt. Diese Regelspiele werden ständig wieder­ holt, um eine Kühlmitteltemperatur von beispielsweise 95°C mög­ lichst konstant einzuhalten.

Es ist auch bekannt (DE 37 05 232 A1), anstelle eines üblichen Thermostatventils mit einem Dehnstoffelement ein mittels eines Stellmotors regelbares Ventil vorzusehen. Bei einem Ausfüh­ rungsbeispiel ist der Stellmotor ein thermostatisches Arbeits­ element, dessen Gehäuse außerhalb des Ventilgehäuses stationär angeordnet ist. Innerhalb des Ventilgehäuses befindet sich ein Ventilkörper, der einen Hauptventilteller und einen Kurzschluß­ ventilteller in der bei Thermostatventilen bekannten Anordnung trägt. Der Arbeitskolben des als Stellmotor dienenden thermo­ statischen Arbeitselementes ist mit dem Ventilkörper verbunden. Das Gehäuse dieses thermostatischen Arbeitselementes erstreckt sich quer zu einer zum Motor zurückführenden Kühlmittelleitung, die um das Ventilgehäuse herumgeführt wird. Aus dieser Leitung ragt das Gehäuse des Arbeitselementes heraus, das in diesem Be­ reich mit einem Heizelement umgeben ist. Dieser Heizeinrichtung ist eine Steuereinrichtung zugeordnet, der einzelne, beispiels­ weise von Sensoren der Brennkraftmaschine erfaßte, Kennfeldgrö­ ßen zugeführt werden. Als Kennfeldgrößen sollen außer der in einer Vorlaufleitung erfaßten Kühlmitteltemperatur die Abgas­ temperatur und/oder die Drehzahl und/oder das Drehmoment der Brennkraftmaschine und/oder der Unterdruck im Saugrohr und/oder eine Druckdifferenz in einer Unterdruckdose und/oder die Öltem­ peratur o. dgl. erfaßt werden.

In einer nicht vorveröffentlichten deutschen Offenlegungsschrift (DE- 42 33 913 A1) ist ein elektrisch beheizbares Thermostatventil für einen Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors offen­ bart. Bei diesem Thermostatventil ist das Gehäuse des Dehn­ stoffelementes mit seinem einem Arbeitskolben gegenüberliegen­ den Ende stationär gehalten und mit einem elektrischen Heizele­ ment versehen. Der Arbeitskolben ist mit einem Kurzschlußven­ tilteller und mit einem topfartig ausgebildeten Hauptventiltel­ ler versehen, der käfigartig das Gehäuse des Dehnstoffelementes umgibt und der einem Ventilsitz zugeordnet ist und mit einer zusätzlichen Dichtstelle gegenüber dem Gehäuse des Dehnstoff­ elementes oder einem dieses umgebenden Halterung abgedichtet ist. Durch Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Heizelement kann der üblichen, kühlmitteltemperaturabhängigen Regelung des Thermostatventils eine zusätzliche Regelgröße überlagert wer­ den, durch die das Hauptventil weiter geöffnet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Kühlanlage der eingangs genannten Art mit einer möglichst einfach aufge­ bauten Steuerung zu schaffen, die einerseits ein Senken des Kraftstoffverbrauches und ein Verbessern der Abgaszusammenset­ zung gestattet, jedoch andererseits die Betriebssicherheit und die Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors nicht beeinträch­ tigt.

Diese Aufgabe wird bei einer Kühlanlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Steuerung wenigstens drei parallel geschaltete, jeweils einen IST-Wert mit einem vorgegebenen Wert vergleichende und bei Überschreiten dieses vorgegebenen Wertes die Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Dehnstoffelement freigebende Vergleichsstufen enthält, die als eine die IST-Ge­ schwindigkeit des Fahrzeuges mit einem vorgegebenen Geschwin­ digkeitswert vergleichende Geschwindigkeits-Vergleichsstufe, als eine den IST-Lastzustand des Verbrennungsmotors mit einem vorgegebenen Lastzustandswert vergleichende Lastzustands-Ver­ gleichsstufe und als eine die IST-Temperatur der vom Verbren­ nungsmotor angesaugten Luft mit einem vorgegebenen Temperatur­ wert vergleichende Ansaugluft-Temperatur-Vergleichsstufe ausge­ bildet sind.

Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß einerseits durch die von der Temperatur des Kühlmittels abhängige Funktion des Ther­ mostatventils eine hohe Kühlmitteltemperatur und damit eine ho­ he Motortemperatur eingeregelt werden, während gleichzeitig be­ darfsorientiert mittels der Steuerung jeweils eine erhöhte Kühlleistung zur Verfügung gestellt wird. Durch die erhöhte Mo­ tortemperatur verringern sich beispielsweise Reibungen, so daß die Leistungsaufnahme des Verbrennungsmotors geringer ist. Da­ durch läßt sich der Kraftstoffverbrauch senken, während gleich­ zeitig die Abgaszusammensetzung verbessert wird. Die Vergleichs­ stufen sorgen dafür, daß dann, wenn eine erhöhte Kühlleistung erwünscht wird, auf ein niedrigeres Temperaturniveau umgeschal­ tet wird. Mittels der Geschwindigkeits-Vergleichsstufe wird erreicht, daß bis zu bestimmten Richtgeschwindigkeiten der Ver­ brauch minimiert und die Abgaszusammensetzung verbessert werden. Mit der Lastzustands-Vergleichsstufe, die ab einem vorgegebenen Lastzustand elektrische Energie der Heizeinrichtung des Dehn­ stoffelementes zuführt, wird sichergestellt, daß die Leistungs­ abgabe des Verbrennungsmotors nicht durch eine zu hohe Betriebs­ temperatur reduziert wird, die nämlich zu einem verschlechterten Füllungsgrad und damit zu einer verringerten Leistungsabgabe führen könnte. Mittels der Ansaugluft-Temperaturvergleichsstufe wird sichergestellt, daß beispielsweise bei langsamer Fahrt oder in einem Stau die Ansauglufttemperatur nicht so stark an­ steigt, daß auch bei einer relativ geringen Leistung des Ver­ brennungsmotors ein ungenügendes Brennstoffgemisch zugeführt wird, durch welches der Betrieb des Verbrennungsmotors gestört werden könnte. Die drei Vergleichsstufen führen somit zu einer relativ einfachen Steuerung, die dennoch in vorteilhafter Weise die wesentlichsten Betriebszustände des Verbrennungsmotors und des Fahrzeuges berücksichtigt und jeweils eine bedarfsorien­ tierte Kühlung vorsieht.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die Steue­ rung eine die IST-Temperatur des Kühlmittels mit einer SOLL- Temperatur vergleichende und bei unterhalb der SOLL-Temperatur liegenden Werten der IST-Temperatur das Zuführen von elektri­ scher Energie zu dem Dehnstoffelement sperrende Kühlmittel- Temperatur-Vergleichsstufe enthält. Damit wird sichergestellt, daß eine Steuerung der Kühlmitteltemperatur in Richtung zu ei­ nem verringerter. Temperaturniveau nur dann vorgenommen wird, wenn eine Mindesttemperatur, d. h. die SOLL-Temperatur, bereits erreicht ist.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Schemabild einer Kühlanlage,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein für die Kühlanlage geeignetes Thermostatventil,

Fig. 3 ein Flußdiagramm einer für die Kühlanlage geeigneten Steuerung,

Fig. 4 einen Logikplan für eine Steuerung der Kühlanlage und

Fig. 5 den bei der Kühlanlage erreichten Temperaturverlauf der Kühlmitteltemperatur.

Die in Fig. 1 dargestellte Kühlanlage für einen Verbrennungsmo­ tor 10 enthält einen Kühler 11, dem in üblicher Weise ein Kühl­ gebläse 61 zugeordnet ist. Bei dem dargestellten Ausführungs­ beispiel ist das Kühlgebläse 61 mit einem elektrischen An­ triebsmotor 62 versehen, der ein- und ausschaltbar ist und der in der Regel auch mit verschiedenen Leistungsstufen betreibbar ist. Bei einer anderen Ausführungsform ist das Kühlgebläse 61 über eine Flüssigkeitskupplung mit dem Verbrennungsmotor 10 verbunden, deren Füllmenge veränderbar ist, um das Kühlgebläse ein- und auszuschalten und mit verschiedenen Leistungsstufen zu betreiben. Zwischen dem Verbrennungsmotor 10 und dem Kühler 11 wird mittels einer Kühlmittelpumpe 12 eine Strömung eines Kühl­ mittels erzeugt, insbesondere eines mit einem Zusatz versetzten Wassers. Von dem Verbrennungsmotor 10 führt über einen Motor­ austritt 14 eine Vorlaufleitung 13 zu dem Kühler 11 und von dem Kühler 11 zurück zu dem Verbrennungsmotor 10 eine Rücklauflei­ tung. In der Rücklaufleitung ist ein Thermostatventil 15 ange­ ordnet, dessen konkrete Gestaltung anhand von Fig. 6 noch er­ läutert werden wird. Von der Vorlaufleitung 13 zweigt eine Kurzschlußleitung 16 zu dem Thermostatventil 15 ab.

Die Kühlanlage arbeitet im wesentlichen in drei Betriebsphasen. In einer ersten Betriebsphase nach dem Start des Verbrennungs­ motors 10, der sogenannten Warmlaufphase, ist das Thermostat­ ventil 15 so eingestellt, daß die von dem Verbrennungsmotor 10 kommende Kühlmittelströmung über die Kurzschlußleitung 16 im wesentlichen vollständig zu dem Verbrennungsmotor 10 zurückge­ führt wird. In einer weiteren Betriebsphase arbeitet die Kühl­ anlage im Mischbetrieb, d. h. das von dem Verbrennungsmotor 10 kommende Kühlmittel läuft teilweise durch den Kühler 11 und teilweise über die Kurzschlußleitung 16 zurück zum Verbren­ nungsmotor 10. In einer weiteren Betriebsphase arbeitet die Kühlanlage im Kühlbetrieb, d. h. das von dem Verbrennungsmotor 10 kommende Kühlmittel wird im wesentlichen vollständig durch den Kühler 11 hindurch zu dem Verbrennungsmotor 10 zurückge­ führt.

Wenn die Kühlanlage im Mischbetrieb arbeitet, kann sie durch Zufuhr von elektrischer Energie über eine Leitung 17 zu dem Thermostatventil in Richtung zu dem Kühlbetrieb verstellt oder vollständig auf Kühlbetrieb umgeschaltet werden. Damit verrin­ gert sich das Temperaturniveau des Kühlmittels. Wird danach die Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Thermostatventil 15 wie­ der unterbrochen, so kühlt das jetzt kühlere Kühlmittel das Thermostatventil derart, daß es wieder seine Stellung für den Mischbetrieb einnimmt, so daß die Kühlmitteltemperatur wieder angehoben wird. Die Versorgung des Thermostatventils 15 mit elektrischer Energie wird von einer Steuerung 18 veranlaßt, das mehrere Signale erhält und auswertet. An dem Motoraustritt 14 ist ein Temperatursensor 19 angeordnet, der die IST-Temperatur des Kühlmittels erfaßt und in die Steuerung 18 eingibt. In ei­ nem Sammler der Ansaugleitung des Verbrennungsmotors 10 ist ein weiterer Temperatursensor 20 angeordnet, der die Temperatur der Ansaugluft (Frischluft) erfaßt und in die Steuerung 18 eingibt. Ferner ist die Steuereinrichtung 18 an eine bekannte elektroni­ sche Motorsteuerung 21 angeschlossen, beispielsweise an eine unter dem Warenzeichen "Motronik" von der Firma Robert Bosch AG vertriebene elektronische Motorsteuerung. Diese Motorsteuerung 21 stellt Signale über den Lastzustand des Verbrennungsmotors 10 zur Verfügung, die jeweils von dem Verbrennungsverfahren (Ottoverfahren oder Dieselverfahren) des Verbrennungsmotors 10 abhängig sind, beispielsweise direkt oder indirekt von der Stellung einer Drosselklappe im Ansaugrohr. Ferner stellt die Motorsteuerung 21 Signale entsprechend der jeweiligen IST-Fahr­ geschwindigkeit eines mit dem Verbrennungsmotor und der Kühlan­ lage ausgerüsteten Fahrzeuges zur Verfügung. Selbstverständlich ist es möglich, die Steuerung 18 mit ihren Funktionen in die elektronische Motorsteuerung 21 zu integrieren, beispielsweise durch Ablegen entsprechender Software.

Das in Fig. 2 dargestellte Thermostatventil 15 enthält ein in einem aus zwei Teilen 22, 23 gebildeten Ventilgehäuse angeord­ netes Dehnstoffelement 24, das auch als thermostatisches Ar­ beitselement bezeichnet wird. Das Dehnstoffelement 24 besitzt ein Gehäuse 25, das stationär an einem Ansatz 26 des Teils 22 des Ventilgehäuses gehalten ist. Das Gehäuse 25 ist in einen etwa topfförmigen Halter 27 eingesteckt, der das Gehäuse 25 bis annähernd zur Hälfte seiner axialen Länge umgibt. Der Halter 27 ist mit einem Fortsatz 28 in den Ansatz 26 eingesteckt. In dem Gehäuse 25 befindet sich ein Dehnstoff, insbesondere eine Wachsmischung. Das offene Ende des Gehäuses 25 ist mit einem eingebördelten Führungseinsatz 29 verschlossen, der eine ta­ schenartige, sich in das Innere des Gehäuses 25 erstreckende Membran 30 hält. Die taschenartige Membran 30 umgibt einen Ar­ beitskolben 31, der bei einer Ausdehnung des Dehnstoffes, die bei einer vorgegebenen Temperatur erfolgt, aus dem Gehäuse 25 ausfährt. Der Arbeitskolben 31 ist mit einem Ventilteller 32 verbunden, der eine im wesentlichen topfförmige Gestalt besitzt und ausgehend von dem offenen Ende des Gehäuses 25 dieses bis hin zu dem Halter 27 umgibt. Dem Ventilteller 32 ist ein Ven­ tilsitz 33 des Teils 22 des Ventilgehäuses zugeordnet. Der Ven­ tilteller 32 besitzt einen geschlossenen Kragen 34, der in dem dargestellten geschlossenen Zustand eine Dichtungsstelle mit dem Halter 27 bildet. Im Bereich dieser Dichtungsstelle ist der Halter 27 mit einem Dichtungsring 35 versehen, der insbesondere als O-Ring ausgebildet ist. An den geschlossenen Kragen 34 schließen sich einzelne Stege 36 an, die zu dem mit dem Ar­ beitskolben 31 verbundenen Boden 37 des Ventiltellers 32 füh­ ren. Der Ventilteller 32 ist mit einer Schließfeder 38 in Rich­ tung zu dem Ventilsitz 33 belastet. Das gegenüberliegende Ende der vorgespannten Schließfeder 38 ist auf einem Federteller 39 abgestützt, der mittels mehrerer Arme 40 gehalten ist, die pa­ rallel zu dem Gehäuse 25 und der Schließfeder 38 verlaufen.

Der Boden 37 des Ventiltellers 32 ist mit einem koaxial zum Ar­ beitskolben 31 verlaufenden Zapfen 41 verlängert, auf welchem ein Kurzschlußventilteller 42 gleitend geführt ist. Die Aus­ gangsposition des Kurzschlußventiltellers 42, die in Fig. 2 dargestellt ist, ist mittels einer Bördelung festgelegt. Der Kurzschlußventilteller 42 ist in axialer Richtung gegen die Wirkung einer Kurzschlußfeder 44 auf dem Zapfen 41 verschieb­ bar, die sich zwischen dem Kurzschlußventilteller 42 und dem Boden 37 des Ventiltellers 32 befindet.

Das Teil 22 des Ventilgehäuses ist mit einer Anschlußöffnung 48 für die Kühlerrücklaufleitung versehen. In Strömungsrichtung nach diesem Anschluß 48 befindet sich der Ventilteller 32, der bestimmt, ob und wieviel von dem Kühler 11 kommendes Kühlmittel über eine Anschlußöffnung 49 an den Verbrennungsmotor 10 zu­ rückgeführt wird. Der Teil 23 des Ventilgehäuses ist ferner mit einer Anschlußöffnung 50 für die Kurzschlußleitung 16 versehen. Dieser Anschluß befindet sich auf der dem Kurzschlußventiltel­ ler 42 abgewandten Seite der Kurzschlußöffnung 46. Der Teil 23 des Ventilgehäuses ist ferner auf der dem Kurzschlußventiltel­ ler 42 abgewandten Seite der Kurzschlußöffnung 46 mit einer An­ schlußöffnung 51 versehen, an die eine zum Kühler 11 zurückfüh­ rende Leitung anschließt.

Beim Starten des kalten Verbrennungsmotors 10 befinden sich die Elemente des Thermostatventils 15 in den in Fig. 2 dargestell­ ten Positionen. Das von der Kühlmittelpumpe 12 geforderte Kühl­ mittel wird über die Anschlußöffnung 50 durch die Kurzschluß­ leitung 16 hindurch zugeführt, da der Ventilteller 32 die An­ schlußöffnung 48 versperrt. Das geförderte Kühlmittel strömt zum Teil über die Kurzschlußöffnung 46 zu der zum Verbrennungs­ motor 10 führenden Anschlußöffnung 49 und zum Teil über die An­ schlußöffnung 51 zum Kühler 11.

Das in diesem Zustand von der Anschlußöffnung 50 zu der An­ schlußöffnung 49 strömende Kühlmittel umströmt auch das Gehäuse 25 des thermostatischen Arbeitselementes, so daß dieses und der darin enthaltene Dehnstoff bei steigender Kühlmitteltemperatur zunehmend erwärmt werden. Wenn die durch die Wahl des Dehnstof­ fes (festgelegte Wachsmischung) vorgegebene Temperatur erreicht wird, dehnt sich der Dehnstoff im wesentlichen linear aus, so daß der Arbeitskolben 31 ausgefahren wird. Mit dem Ausfahren des Arbeitskolbens 31 wird der Ventilteller 32 von dem Ventil­ sitz abgehoben, so daß Kühlmittel über die Anschlußöffnung 48 von dem Kühler 11 zu der Anschlußöffnung 49 zu dem Verbren­ nungsrrotor 10 strömt. Beim Ausfahren des Arbeitskolbens 31 wird der Kurzschlußventilteller 42 zu der Kurzschlußöffnung 46 hin bewegt. In vollständig ausgefahrenem Zustand des Arbeitskolbens 31 legt sich der Kurzschlußventilteller 42 an die Kurzschluß­ öffnung 46 an und dichtet diese ab. In der bereits erwähnten Zwischenstellung ergibt sich ein Mischbetrieb, bei welchem so­ wohl von dem Kühler 11 kommendes gekühltes Kühlmittel als auch von dem Verbrennungsmotor 10 kommendes ungekühltes Kühlmittel über die Anschlußöffnung 49 zu dem Verbrennungsmotor 10 zurück­ geführt werden. Der Dehnstoff des Dehnstoffelementes 24 ist so ausgelegt, daß in dieser Stellung des Mischbetriebes eine defi­ nierte Betriebstemperatur für das Kühlmittel und damit für den Verbrennungsmotor 10 eingeregelt wird. Wenn der Arbeitskolben 31 so weit ausgefahren wird, daß der Kurzschlußteller 42 die Kurzschlußöffnung 46 verschließt, so wird ein reiner Kühlbe­ trieb erhalten, d. h. es strömt ausschließlich von dem Kühler 11 gekühltes Kühlmittel durch die Anschlußöffnung 48 hindurch über die Anschlußöffnung 49 zum Verbrennungsmotor 10.

Innerhalb des Gehäuses 25 des Dehnstoffelementes 24 ist ein elektrisches Heizelement 52 angeordnet, das über eine elektri­ sche Leitung 17 (genaugenommen zwei Leitungen) mit elektrischer Spannung versorgt wird, insbesondere mit einer Gleichspannung von 12 Volt. Wenn das Heizelement 52 mit elektrischer Energie versorgt wird, so wird der Dehnstoff über die ihm von dem strömenden Kühlmittel gegebene Temperatur hinaus aufgeheizt, so daß der Arbeitskolben 31 weiter ausgefahren wird. Der Betriebs­ zustand des Thermostatventils 15 wird dadurch in Richtung zu dem reinen Kühlbetrieb hin verlagert, so daß dadurch die Kühl­ mitteltemperatur und damit die Betriebstemperatur des Verbren­ nungsmotors 10 abgesenkt werden kann. Dabei können Zwischen­ stellungen des Mischbetriebes angefahren oder von dem Mischbe­ trieb auf den Kühlbetrieb umgeschaltet werden.

In Fig. 5 ist in einem Diagramm (Temperatur über Zeit) der Ver­ lauf der Kühlmitteltemperatur bei Teillast und Vollast darge­ stellt, wie er sich mittels der beschriebenen Kühlanlage und dem beschriebenen Thermostatventil 15 erreichen läßt. Das Dehn­ stoffelement 24 des Thermostatventils 15 wird durch die Zusam­ mensetzung des Dehnstoffes auf eine Betriebstemperatur von über 100°C ausgelegt, wobei in der Praxis 120°C nicht überschritten werden sollen. Bei dem dargestellten Beispiel ist eine Tempera­ tur von 110°C gewählt. Diese Temperatur ist mit einer oberen, gestrichelten Linie dargestellt. Während eines Teillastbetrie­ bes regelt das Thermostatventil 15 mittels des Dehnstoffelemen­ tes die Kühlmitteltemperatur auf das Temperaturniveau von 110°C. Dies ist zweckmäßig, um durch Verminderung von Reibung o. dgl. den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren und gleichzeitig die Abgaszusammensetzung zu verbessern. Bei Volllast wird dem Heizelement 52 des Dehnstoffelementes 24 des Thermostatventils 15 elektrische Energie zugeführt, wie dies in dem strichpunk­ tierten Bereich dargestellt ist, so daß der Dehnstoff weiter aufgeheizt und der Arbeitskolben 31 entsprechend ausgefahren wird. In der maximalen Ausfahrstellung verschließt der Kurz­ schlußventilteller 42 die Kurzschlußöffnung 46, so daß ein reiner Kühlbetrieb erhalten wird. Unter der Voraussetzung, daß die Kühlleistung des Kühlers 11 (gegebenenfalls unter Zuhilfe­ nahme eines Kühlgebläses) ausreichend ist, wird dann in dem Kühlmittel und damit in dem Verbrennungsmotor 10 ein Tempera­ turniveau von beispielsweise 90°C erreicht, das in Fig. 5 mit der unteren gestrichelten Linie dargestellt ist. Geht der Be­ trieb des Verbrennungsmotors 10 von Vollast wieder auf Teillast zurück, so wird die Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Heizelement 52 unterbrochen. Das nun kältere Kühlmittel, das das Dehnstoffelement 24 umströmt, kühlt den Dehnstoff und be­ wirkt, daß der Arbeitskolben 31 mittels der Schließfeder 38 in die Stellung zurückgeführt wird, die der Kühlmitteltemperatur entspricht. Das Thermostatventil 15 regelt dann wieder die Kühlmitteltemperatur und damit die Temperatur des Verbrennungs­ motors 10 auf das Temperaturniveau von z. B. 110°C ein. Die Ab­ senkung der Kühlmitteltemperatur und damit der Temperatur des Verbrennungsmotors 10 im Volllastbetrieb auf beispielsweise ein Temperaturniveau von 90°C hat den Vorteil, daß dann von dem Verbrennungsmotor 10 die volle Leistung erbracht werden kann. Es wird damit vermieden, daß aufgrund einer zu hohen Temperatur ein geringerer Füllungsgrad bei der Verbrennung erhalten wird, der zu einer Leistungsverminderung führt. Um das untere Tempe­ raturniveau schneller zu erreichen, wird zusätzlich vorgesehen, daß das Kühlgebläse 61 während dieser Absenkphase eingeschaltet wird, oder falls es schon eingeschaltet war, mit einer höheren Leistungsstufe betrieben wird. Dadurch läßt sich der links in Fig. 5 eingezeichnete Temperaturverlauf erhalten. Diese Zusatz­ kühlung wird nur über eine beschränkte, wählbare Zeitspanne vorgesehen.

Für die Praxis ist es sinnvoll, die anhand von Fig. 5 für Teil­ last und Vollast dargestellte Temperaturregelung auch für ande­ re Fahrzustände vorzusehen. Bei sehr langsamen Fahrten und ho­ hen Außentemperaturen und/oder wenn sich das Fahrzeug in einem Stau befindet, besteht die Gefahr, daß die Ansaugluft in einem Sammler so stark aufgeheizt wird, daß sich kaum roch eine kor­ rekte Mischung aus Frischluft und Kraftstoff erhalten läßt, um das Fahrzeug sicher zu betreiben. Auch in diesem Fall wird des­ halb vorgesehen, daß mittels des Thermostatventils 15 die Kühl­ anlage von dem Mischbetrieb bei 110°C auf den reinen Kühlbe­ trieb umgeschaltet wird, bei welchem eine Temperatur von bei­ spielsweise 90°C für das Kühlmittel und der Verbrennungsmotor 10 erhalten wird. Des weiteren wird vorgesehen, daß die Um­ schaltung von dem ein hohes Temperaturniveau von beispielsweise 110°C einregelnden Mischbetrieb auf den ein Temperaturniveau von beispielsweise 90°C bewirkenden reinen Kühlbetrieb abhängig von der Geschwindigkeit vorgenommen wird, mit der das Fahrzeug fährt. Hierbei wird vorgesehen, daß bei Erreichen oder Über­ steigen einer SOLL-Geschwindigkeit von dem Mischbetrieb auf den Kühlbetrieb umgeschaltet wird. Die SOLL-Geschwindigkeit kann dabei so festgelegt werden, daß sie den Richtgeschwindigkeiten in den einzelnen Ländern Rechnung trägt. Das höhere Temperatur­ niveau wird deshalb so lange aufrechterhalten, so lange die Ge­ schwindigkeit nicht überschritten wird, beispielsweise eine Ge­ schwindigkeit von 130 km/h.

In Fig. 3 ist in einem Flußdiagramm dargestellt, wie die vorge­ nannten Betriebszustände miteinander verknüpft werden, bei wel­ chen jeweils ein Umschalten des Thermostatventils 15 von dem Mischbetrieb auf den reinen Kühlbetrieb der Kühlanlage erfolgt. Die Steuerung 18 enthält drei Vergleichsstufen 53, 54, 55, die jeweils das Schließen eines Schalters 56 bewirken, der in ge­ schlossenem Zustand eine elektrische Energiequelle 57 mit dem Heizelement 52 des Dehnstoffelementes 24 des Thermostatventils 15 verbindet. Die Vergleichsstufe 53 vergleicht die IST-Ge­ schwindigkeit des Fahrzeuges VFZG mit einem vorgegebenen Ge­ schwindigkeitswert VFZG_Soll. Der vorgegebene Geschwindigkeits­ wert wird beispielsweise auf 130 km/h festgelegt. Damit wird sichergestellt, daß das hohe Kühlmitteltemperaturniveau z. B. während eines Abgastests oder Teillastzustandes aufrechterhal­ ten bleibt, wenn nicht andere Bedingungen auftreten. Die IST- Fahrzeuggeschwindigkeit kann der Steuerung 18 über einen Tacho­ generator zugeführt werden. Moderne Kraftfahrzeuge sind jedoch mit einer elektronischen Motorsteuerung versehen, an der be­ reits ein der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechendes Signal gebildet wird, das in die Steuerung 13 eingegeben und mit der SOLL-Geschwindigkeit verglichen werden kann.

Die Vergleichsstufe 54 vergleicht einen IST-Lastzustand TL mit einem vorgegebener. Lastzustandswert TL_Soll. Dieser vorgegebene Lastzustandswert kann beispielsweise auf 50% bis 70% der Voll­ last des Verbrennungsmotors 10 festgelegt werden. Erreicht oder überschreitet den IST-Lastzustand TL den vorgegebenen Lastzu­ standswert TL_Soll, so wird entsprechend der Schalter 56 wieder geschlossen. Der IST-Lastzustand TL kann beispielsweise über die Stellung einer Drosselklappe im Ansaugkanal des Verbren­ nungsmotors gewonnen werden oder über eine Ermittlung einer dieser Stellung entsprechender angesaugten Luftmenge pro Hub. Auch dieses Signal liegt bereits an der heute üblicherweise verwendeten elektronischen Motorsteuerungen 21 vor und kann dort abgegriffen werden.

Die Vergleichsstufe 55 vergleicht ein aus der IST-Temperatur TS der Ansaugluft gebildetes Signal des Sensors 20 mit einem vor­ gegebenen Temperaturwert TS_Soll. Dieser Temperaturwert kann beispielsweise auf 50°C festgelegt werden. Erreicht oder über­ schreitet die IST-Temperatur der angesaugten Frischluft diesen vorgegebenen Temperaturwert, so wird auch hier wieder der Schalter 56 geschlossen und das Thermostatventil 15 in der be­ schriebenen Weise von dem Mischbetrieb auf den Kühlbetrieb um­ geschaltet.

Da es keinen Sinn macht, vor Erreichen des unteren Temperatur­ niveaus von beispielsweise 90°C (Fig. 5) auf den Kühlbetrieb umzuschalten, wird den bereits erläuterten Vergleichsstufen 53, 54, 55 eine weitere Vergleichsstufe 58 vorgeschaltet, die mit dem Start des Verbrennungsmotors in Betrieb genommen wird. Diese Vergleichsstufe 58 vergleicht die mittels des Temperatur­ sensors 19 erfaßte IST-Temperatur TMOT des Kühlmittels mit ei­ ner SOLL-Temperatur TMOT_Soll, die beispielsweise 90°C beträgt, d. h. dem unteren Kühlmitteltemperaturniveau entspricht. Erst wenn diese Vergleichsstufe 58 angibt, daß die IST-Temperatur TMOT des Kühlmittels die SOLL-Temperatur TMOT_Soll erreicht oder überschritten hat, wird die Weiterleitung der Signale der Ver­ gleichsstufen 53, 54, oder 55 an den Schalter 56 freigegeben.

Der Schalter 56 schaltet mit der Zufuhr von elektrischer Ener­ gie zu dem Thermostatventil 15 auch gleichzeitig den Antrieb 62 des Kühlgebläses 61 ein, d. h. er bewirkt eine Stromzufuhr zu dem zugehörigen elektrischen Antriebsmotor oder eine Erhöhung der Füllmenge einer Flüssigkeitskupplung. Damit wird erreicht, daß das untere Temperaturniveau schneller erreicht wird. Die Einschaltung des Kühlgebläses wird deshalb nur für eine be­ grenzte Zeitspanne vorgenommen. Das Festlegen der Zeitspanne erfolgt mittels eines in Fig. 3 und 4 nur angedeuteten Zeit­ gliedes 64.

Fig. 4 zeigt einen Logikplan für das Flußdiagramm nach Fig. 3. Die Vergleichsstufen 53, 54, 55 sind an ein ODER-Glied 59 ange­ schlossen, das jedes der Signale der Vergleichsstufen 53, 54, 55 zu einem UND-Glied 60 weiterleitet. Die Vergleichsstufe 58 ist ebenfalls an einen Eingang des UND-Gliedes 60 angeschlos­ sen. Von dem UND-Glied 60 wird der Schalter 56 angesteuert, wenn das Signal der Vergleichsstufe 58 und ein Signal einer der Vergleichsstufen 53, 54 oder 55 vorliegt. Das Beheizen des Ther­ mostatventils 15 zum Umschalten auf das untere Temperaturniveau erfolgt mithin nur dann, wenn in der ODER/UND-Verknüpfung eine Vorzeichenumkehr infolge einer Schwellwertüberschreitung des Spannungsdifferenz-Signals auftritt. Solange kein derartiges Signal auftritt, übernimmt das Thermostatventil 15 als mechani­ sches Element die Regelung des oberen Temperaturniveaus (äuße­ rer Regelkreis). Bei Zufuhr elektrischer Energie zu dem Thermo­ statventil 15 wird über die Schaltlogik entsprechend den inne­ ren thermodynamischen Bedingungen des Verbrennungsmotors 10 auf ein wählbares unteres Temperaturniveau umgeschaltet (innerer Regelkreis). Eine Auskühlung des Verbrennungsmotors wird auch dadurch vermieden, daß die Kühlmittel-Temperatur-Vergleichs­ stufe 58 ein weiteres Bestromen des Thermostatventils 15 unter­ bindet, wenn die vorgewählte untere Temperatur unterschritten wird.

In den meisten Fällen wird es sinnvoll sein, die von den Be­ triebsdaten abhängigen Signale direkt zu ermitteln. Jedoch ist auch eine indirekte Ermittlung möglich. Beispielsweise kann an­ stelle der direkten Messung der Temperatur des Kühlmittels auch die Temperatur an einem repräsentativen Bauteil gemessen wer­ den, dessen Temperatur in einem bestimmten Verhältnis zur Kühl­ mitteltemperatur steht. Ebenso ist es möglich, anstelle einer direkten Messung der Ansaugluft-Temperatur die Temperatur eines für diesen Wert repräsentativen Bauteils oder die Motorraum­ temperatur zu messen. Der Lastzustand kann auch über die Öff­ nungszeit von Einspritzventilen, über die zugeführte Kraft­ stoffmenge erfaßt werden. Die Fahrgeschwindigkeit kann auch über die Drehzahl des Verbrennungsmotors unter Berücksichtigung der Getriebestufe erfaßt werden, oder über die Geschwindigkeit der das Fahrzeug anströmenden Luft.

In Fig. 4 ist eine Weiterbildung gestrichelt dargestellt, mit der das Kühlgebläse 61 mittels einer weiteren Vergleichsstufe 65 noch stärker einbezogen wird. Diese Vergleichsstufe 65 ver­ gleicht den IST-Lastzustand TL mit einem Lastzustandswert TL_SOLL1, bei dessen Überschreiten ein Signal abgegeben wird. Der Lastzustandswert TL_SOLL1 liegt deutlich oberhalb des vor­ gegebener. Lastzustandswertes TL_SOLL. Der Logikplan sieht vor, daß erst bei Auftreten dieses Signals das Kühlgebläse 61 einge­ schaltet wird. Hierzu wird mittels dieses Signals ein Schalter 68 der Kühlgebläsesteuerung 67 geschlossen, der erst das Ein­ schalten des Kühlgebläses 61 ermöglicht.

Die vorgegebenen Werte für die Zustandsbeschreibung der Ansaug­ luft (Kenngröße für den Füllungsgrad des Brennraumes), die Zu­ standsbeschreibung der Motorlast (Kenngröße für den Motorbe­ triebspunkt), und die Zustandsbeschreibung der Fahrzeugbewegung (Kenngröße für die Fahrzeuggeschwindigkeit) müssen in der Steuerung 18 nicht als jeweils ein absoluter einziger Wert ab­ gelegt sein. Es ist ohne weiteres möglich, eine Vielzahl von vorgegebenen Werten in der Art eines Kennfeldes abzulegen. Die­ se abgelegten Werte entsprechen einem Grundwert, der aufgrund des Einflusses von weiteren Betriebsdaten korrigiert worden ist. Der korrigierte Wert, der in einer Art Kennfeld abgelegt ist, wird dann bei Vorliegen dieser Betriebsdaten aufgerufen und in der Vergleichsstufe mit dem IST-Wert verarbeitet. Selbstverständlich wird dann zusätzlich vorgesehen, daß die weiteren Betriebsdaten erfaßt und in die Steuerung 18 eingege­ ben werden. Zum Teil werden diese Betriebsdaten bereits heute bei elektronischen Motorsteuerungen 21 erfaßt, so daß sie be­ reits von diesen zur Verfügung gestellt werden können.

Das Kennfeld für die Zustandsbeschreibung des vorgegebenen Tem­ peraturwertes TS_SOLL der Ansaugluft wird aus einem Grundwert der Ansauglufttemperatur gebildet, der abhängig von der Außen­ temperatur und/oder der Motorraumtemperatur korrigiert ist. Ein Kennfeld für die Zustandsbeschreibung der vorgegebenen Ge­ schwindigkeit VFZG_SOLL der Fahrzeugbewegung kann aus einem Grundwert gebildet werden, der abhängig von der Motordrehzahl und/oder einem die Fahrstufe anzeigenden Signal korrigiert werden. Ein Kennfeld für die Zustandsbeschreibung des vorgege­ benen Lastzustandswertes TL_SOLL kann beispielsweise aus einem der Drosselklappenstellung oder einer davon abhängigen Grüße entsprechenden Grundwert bestehen, der abhängig von dem Ein­ spritzzeitpunkt und/oder der Einspritzmenge und/oder der Ab­ gastemperatur und/ oder der Metoröltemperatur und/oder der Getriebeöltemperatur und/oder der Motordrehzahl und/oder dem Signal einer Lamdasonde und/oder der Temperatur eines Bauteils des Zylinderkopfes oder des Kurbelgehäuses korrigiert wird.

Auch die SOLL-Temperatur TMOT_SOLL des Kühlmittels muß nicht nur ein einziger vorgegebener Wert sein. Vielmehr können der Kühl­ mittel-Temperatur-Vergleichsstufe 58 unterschiedliche SOLL- Werte eingegeben werden, die aus den in der elektronischen Mo­ torsteuerung 21 abgelegten Kennfeldern aufgerufen werden kön­ nen. Jede dieser eingegebenen SOLL-Temperaturen TMOT_SOLL be­ wirkt, daß dann, wenn die IST-Kühlmitteltemperatur unter den vorgegebenen Wert abfällt, die Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Dehnstoffelement 24 unterbrochen wird. Die Kühlmittel­ temperatur wird dann etwa auf diese SOLL-Temperatur TMOT_SOLL eingeregelt.

Claims (5)

1. Kühlanlage für einer Verbrennungsmotor eines Kraftfahr­ zeuges mit einem Kühler und einem Thermostatventil mit Dehn­ stoffelement, das eine Strömung des Kühlmittels zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Kühler derart regelt, daß während einer Warmlaufphase das von dem Verbrennungsmotor kommende Kühlmittel im wesentlichen unter Umgehen des Kühlers durch einen Kurzschluß hindurch zu dem Verbrennungsmotor zurück­ strömt, daß während einer Betriebsphase in einem Mischbetrieb das von dem Verbrennungsmotor kommende Kühlmittel teilweise durch den Kühler hindurch und teilweise durch den Kurzschluß hindurch zu dem Verbrennungsmotor zurückströmt, und daß in einer weiteren Betriebsphase in einem Kühlbetrieb das von dem Verbrennungsmotor kommende Kühlmittel im wesentlichen durch den Kühler hindurch zum Verbrennungsmotor zurückströmt, wobei das Thermostatventil, dessen Arbeitsbereich für den Mischbetrieb mittels Auslegung des Dehnstoffelementes auf eine vorbestimmte Temperatur festgelegt ist, ein elektrisch beheizbares Dehn­ stoffelement enthält, das zum Vergrößern des Öffnungsquer­ schnittes gegenüber einer durch die Temperatur des Kühlmittels bedingten Stellung mittels einer Steuerung mit elektrischer Energie versorgbar ist, die Betriebsdaten des Verbrennungs­ motors erhält und die abhängig von diesen Betriebsdaten die Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Dehnstoffelement steuert, um den Arbeitsbereich des Thermostatventils vom Misch­ betrieb hin zum Kühlbetrieb und zurückzuverlagern, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuerung (18) wenigstens drei parallel geschaltete, jeweils einen IST-Wert (VFZG; TL; TS) mit einem vorgegebenen Wert (VFZG_Soll; TL_Soll; TS_Soll) vergleichende und bei Überschreiten dieses vorgegebenen Wertes die Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Dehnstoffelement freigebende Ver­ gleichsstufen enthält, die als eine die IST-Geschwindigkeit des Fahrzeuges (VFZG) mit einem vorgegebenen Geschwindigkeitswert (VFZG_Soll) vergleichende Geschwindigkeits-Vergleichsstufe (53), als eine den IST-Lastzustand (TL) des Verbrennungsmotors (10) mit einem vorgegebenen Lastzustandswert (TL_Soll) vergleichende Lastzustands-Vergleichsstufe (54) und als eine die IST-Tempera­ tur der vom Verbrennungsmotor (10) angesaugten Luft mit einem vorgegebenen Temperaturwort (TS_Soll) vergleichende Ansaugluft- Temperatur-Vergleichsstufe (55) ausgebildet sind.

2. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (18) eine die IST-Temperatur (TMOT) des Kühlmit­ tels mit einer SOLL-Temperatur (TMOT_Soll) vergleichende und bei unterhalb der SOLL-Temperatur liegenden Werten der IST-Tempera­ tur das Zuführen von elektrischer Energie zum Dehnstoffelement (24) sperrende Kühlmittel-Temperatur-Vergleichsstufe (58) ent­ hält.

3. Kühlanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittel-Temperatur-Vergleichsstufe (58) mit Vorrang be­ züglich der Geschwindigkeits-Vergleichsstufe (53), der Lastzu­ stands-Vergleichsstufe (54) und der Ansaugluft-Temperatur-Ver­ gleichsstufe (55) geschaltet ist.

4. Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem dem Kühler (11) zugeordneten, mittels einer Kühlgebläsesteue­ rung (67) ein- und ausschaltbares und/oder auf unterschiedliche Leistungsstufen umschaltbaren Kühlgebläse (61), dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuerung (18) an die Kühlgebläsesteuerung angeschlossen ist, um das Kühlgebläse bei einem Umschalten auf das niedrigere Temperaturniveau einzuschalten und/oder auf eine höhere Leistungsstufe umzuschalten.

5. Kühlanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (18) über ein vorzugsweise einstellbares Zeit­ glied (64) mit der Kühlgebläsesteuerung (67) verbunden ist, das nach einer vorgegebenen Zeitspanne das Kühlgebläse (61) ab­ schaltet oder auf eine niedrigere Leistungsstufe zurückschal­ tet.