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Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges mit einem Kühler und einem Thermostatventil, das eine Strömung eines 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 zurückströmt, 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 Dehnstoffelement enthält, 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 abhängig von diesen Betriebsdaten die Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Dehnstoffelement steuert, um den Arbeitsbereich des Thermostatventils vom Mischbetrieb hin zum Kühlbetrieb und zurück zu verlagern.
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Bei einer bekannten Kühlanlage (
DE 30 18 682 A1 ) ist in einem Dehnstoffelement eines Thermostatventils ein elektrischer Heizwiderstand angeordnet, dem elektrische Energie durch einen stationär gehaltenen Arbeitskolben hindurch zuführbar ist. Die Zufuhr der elektrischen Energie erfolgt über eine Regeleinrichtung, um die von dem Thermostatventil eingeregelte Kühlmitteltemperatur besser als bei einem normalen Thermostatventil konstant halten zu können, d. h. um eine Korrektur vorzunehmen und die Regelintervalle zu verkürzen. Hierzu wird die IST-Kühlmitteltemperatur 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 Absenkung der IST-Kühlmitteltemperatur zu erreichen. Sinkt die IST-Kühlmitteltemperatur danach unter den unteren Temperaturwert, so wird die Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Heizwiderstand unterbrochen, so dass das Dehnstoffelement von dem kälteren Kühlmittel abgekühlt wird. Dadurch wird der Ventilquerschnitt wieder verringert, so dass die IST-Kühlmitteltemperatur wieder ansteigt. Diese Regelspiele werden ständig wiederholt, um eine Kühlmitteltemperatur von beispielsweise 95°C möglichst konstant einzuhalten.
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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 Ausführungsbeispiel ist der Stellmotor ein thermostatisches Arbeitselement, dessen Gehäuse außerhalb des Ventilgehäuses stationär angeordnet ist. Innerhalb des Ventilgehäuses befindet sich ein Ventilkörper, der einen Hauptventilteller und einen Kurzschlussventilteller in der bei Thermostatventilen bekannten Anordnung trägt. Der Arbeitskolben des als Stellmotor dienenden thermostatischen 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 Bereich mit einem Heizelement umgeben ist. Dieser Heizeinrichtung ist eine Steuereinrichtung zugeordnet, der einzelne, beispielsweise von Sensoren der Brennkraftmaschine erfasste, Kennfeldgrößen zugeführt werden. Als Kennfeldgrößen sollen außer der in einer Vorlaufleitung erfassten Kühlmitteltemperatur die Abgastemperatur 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 Öltemperatur o. dgl. erfasst werden.
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Aus der
DE 41 09 498 A1 ist eine Vorrichtung zur Regelung der Temperatur einer Brennkraftmaschine mit einer Kühleinrichtung und einer die Kühleinrichtung beeinflussenden Steuereinrichtung bekannt. Der Steuereinrichtung ist ein Sollwertgeber zugeordnet, durch den der Steuereinrichtung in Abhängigkeit von verschiedenen Einsatzbedingungen unterschiedliche Bereiche von Temperatursollwerten zuordenbar sind.
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In einer nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung (
P 42 33 913.8 ) ist ein elektrisch beheizbares Thermostatventil für einen Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors offenbart. Bei diesem Thermostatventil ist das Gehäuse des Dehnstoffelementes mit seinem einem Arbeitskolben gegenüberliegenden Ende stationär gehalten und mit einem elektrischen Heizelement versehen. Der Arbeitskolben ist mit einem Kurzschlussventilteller und mit einem topfartig ausgebildeten Hauptventilteller versehen, der käfigartig das Gehäuse des Dehnstoffelementes umgibt und der einem Ventilsitz zugeordnet ist und mit einer zusätzlichen Dichtstelle gegenüber dem Gehäuse des Dehnstoffelementes 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 werden, durch die das Hauptventil weiter geöffnet wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Kühlanlage der eingangs genannten Art mit einer möglichst einfach aufgebauten Steuerung zu schaffen, die einerseits ein Senken des Kraftstoffverbrauches und ein Verbessern der Abgaszusammensetzung gestattet, jedoch andererseits die Betriebssicherheit und die Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors nicht beeinträchtigt.
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Diese Aufgabe wird mit einer Kühlanlage nach Anspruch 1 gelöst.
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Durch diese Ausbildung wird erreicht, dass einerseits durch die von der Temperatur des Kühlmittels abhängige Funktion des Thermostatventils eine hohe Kühlmitteltemperatur und damit eine hohe Motortemperatur eingeregelt werden, während gleichzeitig bedarfsorientiert mittels der Steuerung jeweils eine erhöhte Kühlleistung zur Verfügung gestellt wird. Durch die erhöhte Motortemperatur verringern sich beispielsweise Reibungen, so dass die Leistungsaufnahme des Verbrennungsmotors geringer ist. Dadurch lässt sich der Kraftstoffverbrauch senken, während gleichzeitig die Abgaszusammensetzung verbessert wird. Die Vergleichsstufen sorgen dafür, dass dann, wenn eine erhöhte Kühlleistung erwünscht wird, auf ein niedrigeres Temperaturniveau umgeschaltet wird. Mittels der Geschwindigkeits-Vergleichsstufe wird erreicht, dass bis zu bestimmten Richtgeschwindigkeiten der Verbrauch minimiert und die Abgaszusammensetzung verbessert werden. Mit der Lastzustands-Vergleichsstufe, die ab einem vorgegebenen Lastzustand elektrische Energie der Heizeinrichtung des Dehnstoffelementes zuführt, wird sichergestellt, dass die Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors nicht durch eine zu hohe Betriebstemperatur 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 ansteigt, dass auch bei einer relativ geringen Leistung des Verbrennungsmotors 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 bedarfsorientierte Kühlung vorsieht.
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In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass die Steuerung 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 elektrischer Energie zu dem Dehnstoffelement sperrende Kühlmittel-Temperatur-Vergleichsstufe enthält. Damit wird sichergestellt, dass eine Steuerung der Kühlmitteltemperatur in Richtung zu einem verringerten Temperaturniveau nur dann vorgenommen wird, wenn eine Mindesttemperatur, d. h. die SOLL-Temperatur, bereits erreicht ist.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt ein Schemabild einer Kühlanlage,
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2 einen Schnitt durch ein für die Kühlanlage geeignetes Thermostatventil,
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3 ein Flussdiagramm einer für die Kühlanlage geeigneten Steuerung,
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4 einen Logikplan für eine Steuerung der Kühlanlage und
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5 den bei der Kühlanlage erreichten Temperaturverlauf der Kühlmitteltemperatur.
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Die in 1 dargestellte Kühlanlage für einen Verbrennungsmotor 10 enthält einen Kühler 11, dem in üblicher Weise ein Kühlgebläse 61 zugeordnet ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Kühlgebläse 61 mit einem elektrischen Antriebsmotor 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 Kühlmittels erzeugt, insbesondere eines mit einem Zusatz versetzten Wassers. Von dem Verbrennungsmotor 10 führt über einen Motoraustritt 14 eine Vorlaufleitung 13 zu dem Kühler 11 und von dem Kühler 11 zurück zu dem Verbrennungsmotor 10 eine Rücklaufleitung. In der Rücklaufleitung ist ein Thermostatventil 15 angeordnet, dessen konkrete Gestaltung anhand von 2 noch erläutert werden wird. Von der Vorlaufleitung 13 zweigt eine Kurzschlussleitung 16 zu dem Thermostatventil 15 ab.
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Die Kühlanlage arbeitet im wesentlichen in drei Betriebsphasen. In einer ersten Betriebsphase nach dem Start des Verbrennungsmotors 10, der sogenannten Warmlaufphase, ist das Thermostatventil 15 so eingestellt, dass die von dem Verbrennungsmotor 10 kommende Kühlmittelströmung über die Kurzschlussleitung 16 im wesentlichen vollständig zu dem Verbrennungsmotor 10 zurückgeführt wird. In einer weiteren Betriebsphase arbeitet die Kühlanlage 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 Verbrennungsmotor 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 zurückgeführt.
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Wenn die Kühlanlage im Mischbetrieb arbeitet, kann sie durch Zufuhr von elektrischer Energie über eine Leitung 17 zu dem Thermostatventil 15 in Richtung zu dem Kühlbetrieb verstellt oder vollständig auf Kühlbetrieb umgeschaltet werden. Damit verringert sich das Temperaturniveau des Kühlmittels. Wird danach die Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Thermostatventil 15 wieder unterbrochen, so kühlt das jetzt kühlere Kühlmittel das Thermostatventil 15 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 einem 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 elektronische 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-Fahrgeschwindigkeit eines mit dem Verbrennungsmotor und der Kühlanlage 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.
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Das in 2 dargestellte Thermostatventil 15 enthält ein in einem aus zwei Teilen 22, 23 gebildeten Ventilgehäuse angeordnetes Dehnstoffelement 24, das auch als thermostatisches Arbeitselement 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 taschenartige, sich in das Innere des Gehäuses 25 erstreckende Membran 30 hält. Die taschenartige Membran 30 umgibt einen Arbeitskolben 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 Ventilsitz 33 des Teils 22 des Ventilgehäuses zugeordnet. Der Ventilteller 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 Arbeitskolben 31 verbundenen Boden 37 des Ventiltellers 32 führen. Der Ventilteller 32 ist mit einer Schließfeder 38 in Richtung 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 parallel zu dem Gehäuse 25 und der Schließfeder 38 verlaufen.
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Der Boden 37 des Ventiltellers 32 ist mit einem koaxial zum Arbeitskolben 31 verlaufenden Zapfen 41 verlängert, auf welchem ein Kurzschlussventilteller 42 gleitend geführt ist. Die Ausgangsposition des Kurzschlussventiltellers 42, die in 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 verschiebbar, die sich zwischen dem Kurzschlussventilteller 42 und dem Boden 37 des Ventiltellers 32 befindet.
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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 zurückgeführt wird. Der Teil 23 des Ventilgehäuses ist ferner mit einer Anschlussöffnung 50 für die Kurzschlussleitung 16 versehen. Dieser Anschluss befindet sich auf der dem Kurzschlussventilteller 42 abgewandten Seite der Kurzschlussöffnung 46. Der Teil 23 des Ventilgehäuses ist ferner auf der dem Kurzschlussventilteller 42 abgewandten Seite der Kurzschlussöffnung 46 mit einer Anschlussöffnung 51 versehen, an die eine zum Kühler 11 zurückführende Leitung anschließt.
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Beim Starten des kalten Verbrennungsmotors 10 befinden sich die Elemente des Thermostatventils 15 in den in 2 dargestellten Positionen. Das von der Kühlmittelpumpe 12 geförderte Kühlmittel wird über die Anschlussöffnung 50 durch die Kurzschlussleitung 16 hindurch zugeführt, da der Ventilteller 32 die Anschlussöffnung 48 versperrt. Das geförderte Kühlmittel strömt zum Teil über die Kurzschlussöffnung 46 zu der zum Verbrennungsmotor 10 führenden Anschlussöffnung 49 und zum Teil über die Anschlussöffnung 51 zum Kühler 11.
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Das in diesem Zustand von der Anschlussöffnung 50 zu der Anschlussöffnung 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 Dehnstoffes (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 Ventilsitz 33 gehoben, so dass Kühlmittel über die Anschlussöffnung 48 von dem Kühler 11 zu der Anschlussöffnung 49 zu dem Verbrennungsmotor 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 Kurzschlussöffnung 46 an und dichtet diese ab. In der bereits erwähnten Zwischenstellung ergibt sich ein Mischbetrieb, bei welchem sowohl von dem Kühler 11 kommendes gekühltes Kühlmittel als auch von dem Verbrennungsmotor 10 kommendes ungekühltes Kühlmittel über die Anschlussöffnung 49 zu dem Verbrennungsmotor 10 zurückgeführt werden. Der Dehnstoff des Dehnstoffelementes 24 ist so ausgelegt, dass in dieser Stellung des Mischbetriebes eine definierte 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 Kühlbetrieb erhalten, d. h. es strömt ausschließlich von dem Kühler 11 gekühltes Kühlmittel durch die Anschlussöffnung 48 hindurch über die Anschlussöffnung 49 zum Verbrennungsmotor 10.
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Innerhalb des Gehäuses 25 des Dehnstoffelementes 24 ist ein elektrisches Heizelement 52 angeordnet, das über eine elektrische 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 Betriebszustand des Thermostatventils 15 wird dadurch in Richtung zu dem reinen Kühlbetrieb hin verlagert, so dass dadurch die Kühlmitteltemperatur und damit die Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors 10 abgesenkt werden kann. Dabei können Zwischenstellungen des Mischbetriebes angefahren oder von dem Mischbetrieb auf den Kühlbetrieb umgeschaltet werden.
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In 5 ist in einem Diagramm (Temperatur über Zeit) der Verlauf der Kühlmitteltemperatur bei Teillast und Volllast dargestellt, wie er sich mittels der beschriebenen Kühlanlage und dem beschriebenen Thermostatventil 15 erreichen lässt. Das Dehnstoffelement 24 des Thermostatventils 15 wird durch die Zusammensetzung 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 Temperatur von 110°C gewählt. Diese Temperatur ist mit einer oberen, gestrichelten Linie dargestellt. Während eines Teillastbetriebes regelt das Thermostatventil 15 mittels des Dehnstoffelementes 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 strichpunktierten Bereich dargestellt ist, so dass der Dehnstoff weiter aufgeheizt und der Arbeitskolben 31 entsprechend ausgefahren wird. In der maximalen Ausfahrstellung verschließt der Kurzschlussventilteller 42 die Kurzschlussöffnung 46, so dass ein reiner Kühlbetrieb erhalten wird. Unter der Voraussetzung, dass die Kühlleistung des Kühlers 11 (gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines Kühlgebläses) ausreichend ist, wird dann in dem Kühlmittel und damit in dem Verbrennungsmotor 10 ein Temperaturniveau von beispielsweise 90°C erreicht, das in 5 mit der unteren gestrichelten Linie dargestellt ist. Geht der Betrieb des Verbrennungsmotors 10 von Volllast 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 bewirkt, 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 Verbrennungsmotors 10 auf das Temperaturniveau von z. B. 110°C ein. Die Absenkung 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 Temperaturniveau 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 5 eingezeichnete Temperaturverlauf erhalten. Diese Zusatzkühlung wird nur über eine beschränkte, wählbare Zeitspanne vorgesehen.
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Für die Praxis ist es sinnvoll, die anhand von 5 für Teillast und Volllast dargestellte Temperaturregelung auch für andere Fahrzustände vorzusehen. Bei sehr langsamen Fahrten und hohen 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 noch eine korrekte Mischung aus Frischluft und Kraftstoff erhalten lässt, um das Fahrzeug sicher zu betreiben. Auch in diesem Fall wird deshalb vorgesehen, dass mittels des Thermostatventils 15 die Kühlanlage von dem Mischbetrieb bei 110°C auf den reinen Kühlbetrieb umgeschaltet wird, bei welchem eine Temperatur von beispielsweise 90°C für das Kühlmittel und den Verbrennungsmotor 10 erhalten wird. Des weiteren wird vorgesehen, dass die Umschaltung 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 Übersteigen 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 Temperaturniveau wird deshalb so lange aufrechterhalten, so lange die Geschwindigkeit nicht überschritten wird, beispielsweise eine Geschwindigkeit von 130 km/h.
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In 3 ist in einem Flussdiagramm dargestellt, wie die vorgenannten Betriebszustände miteinander verknüpft werden, bei welchen 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 geschlossenem Zustand eine elektrische Energiequelle 57 mit der Heizelement 52 des Dehnstoffelementes 24 des Thermostatventils 15 verbindet. Die Vergleichsstufe 53 vergleicht die IST-Geschwindigkeit des Fahrzeuges VFZG mit einem vorgegebenen Geschwindigkeitswert VFZGSOLL. Der vorgegebene Geschwindigkeitswert wird beispielsweise auf 130 km/h festgelegt. Damit wird sichergestellt, dass das hohe Kühlmitteltemperaturniveau z. B. während eines Abgastests oder Teillastzustandes aufrechterhalten bleibt, wenn nicht andere Bedingungen auftreten. Die IST-Fahrzeuggeschwindigkeit kann der Steuerung 18 über einen Tachogenerator zugeführt werden. Moderne Kraftfahrzeuge sind jedoch mit einer elektronischen Motorsteuerung versehen, an der bereits ein der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechendes Signal gebildet wird, das in die Steuerung 18 eingegeben und mit der, SOLL-Geschwindigkeit verglichen werden kann.
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Die Vergleichsstufe 54 vergleicht einen IST-Lastzustand TL mit einem vorgegebenen Lastzustandswert TLSOLL. Dieser vorgegebene Lastzustandswert kann beispielsweise auf 50% bis 70% der Volllast des Verbrennungsmotors 10 festgelegt werden. Erreicht oder überschreitet den IST-Lastzustand TL den vorgegebenen Lastzustandswert TLSOLL, so wird entsprechend der Schalter 56 wieder geschlossen. Der IST-Lastzustand TL kann beispielsweise über die Stellung einer Drosselklappe im Ansaugkanal des Verbrennungsmotors 10 gewonnen werden oder über eine Ermittlung einer dieser Stellung entsprechenden angesaugten Luftmenge pro Hub. Auch dieses Signal liegt bereits an den heute üblicherweise verwendeten elektronischen Motorsteuerungen 21 vor und kann dort abgegriffen werden.
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Die Vergleichsstufe 55 vergleicht ein aus der IST-Temperatur TS der Ansaugluft gebildetes Signal des Sensors 20 mit einem vorgegebenen Temperaturwert TSSOLL. Dieser Temperaturwert kann beispielsweise auf 50°C festgelegt werden.
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Erreicht oder überschreitet die IST-Temperatur der angesaugten Frischluft diesen vorgegebenen Temperaturwert, so wird auch hier wieder der Schalter 56 geschlossen und das Thermostatventil 15 in der beschriebenen Weise von dem Mischbetrieb auf den Kühlbetrieb umgeschaltet.
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Da es keinen Sinn macht, vor Erreichen des unteren Temperaturniveaus von beispielsweise 90°C (5) auf den Kühlbetrieb umzuschalten, wird den bereits erläuterten Vergleichsstufen 53, 54, 55 eine weitere Vergleichsstufe 58 vorgeschaltet, die mit dem Start des Verbrennungsmotors 10 in Betrieb genommen wird. Diese Vergleichsstufe 58 vergleicht die mittels des Temperatursensors 19 erfasste IST-Temperatur TMOT des Kühlmittels mit einer SOLL-Temperatur TMOTSOLL, 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 TMOTSOLL erreicht oder überschritten hat, wird die Weiterleitung der Signale der Vergleichsstufen 53, 54, oder 55 an den Schalter 56 freigegeben.
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Der Schalter 56 schaltet mit der Zufuhr von elektrischer Energie 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 begrenzte Zeitspanne vorgenommen. Das Festlegen der Zeitspanne erfolgt mittels eines in 3 und 4 nur angedeuteten Zeitgliedes 64.
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4 zeigt einen Logikplan für das Flussdiagramm nach 3. Die Vergleichsstufen 53, 54, 55 sind an ein ODER-Glied 59 angeschlossen, 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 angeschlossen. 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 Thermostatventils 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 mechanisches Element die Regelung des oberen Temperaturniveaus (äußerer Regelkreis). Bei Zufuhr elektrischer Energie zu dem Thermostatventil 15 wird über die Schaltlogik entsprechend den inneren thermodynamischen Bedingungen des Verbrennungsmotors 10 auf ein wählbares unteres Temperaturniveau umgeschaltet (innerer Regelkreis). Eine Auskühlung des Verbrennungsmotors 10 wird auch dadurch vermieden, dass die Kühlmittel-Temperatur-Vergleichsstufe 58 ein weiteres Bestromen des Thermostatventils 15 unterbindet, wenn die vorgewählte untere Temperatur unterschritten wird.
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In den meisten Fällen wird es sinnvoll sein, die von den Betriebsdaten abhängigen Signale direkt zu ermitteln. Jedoch ist auch eine indirekte Ermittlung möglich. Beispielsweise kann anstelle der direkten Messung der Temperatur des Kühlmittels auch die Temperatur an einem repräsentativen Bauteil gemessen werden, dessen Temperatur in einem bestimmten Verhältnis zur Kühlmitteltemperatur steht. Ebenso ist es möglich, anstelle einer direkten Messung der Ansaugluft-Temperatur die Temperatur eines für diesen Wert repräsentativen Bauteils oder die Motorraumtemperatur zu messen. Der Lastzustand kann auch über die Öffnungszeit von Einspritzventilen, über die zugeführte Kraftstoffmenge erfasst werden. Die Fahrgeschwindigkeit kann auch über die Drehzahl des Verbrennungsmotors 10 unter Berücksichtigung der Getriebestufe erfasst werden, oder über die Geschwindigkeit der das Fahrzeug anströmenden Luft.
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In 4 ist eine Weiterbildung gestrichelt dargestellt, mit der das Kühlgebläse 61 mittels einer weiteren Vergleichsstufe 65 noch stärker einbezogen wird. Diese Vergleichsstufe 65 vergleicht den IST-Lastzustand TL mit einem Lastzustandswert TLSOLL1, bei dessen Überschreiten ein Signal abgegeben wird. Der Lastzustandswert TLSOLL1 liegt deutlich oberhalb des vorgegebenen Lastzustandswertes TLSOLL. Der Logikplan sieht vor, dass erst bei Auftreten dieses Signals das Kühlgebläse 61 eingeschaltet wird. Hierzu wird mittels dieses Signals ein Schalter 68 der Kühlgebläsesteuerung 67 geschlossen, der erst das Einschalten des Kühlgebläses 61 ermöglicht.
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Die vorgegebenen Werte für die Zustandsbeschreibung der Ansaugluft (Kenngröße für den Füllungsgrad des Brennraumes), die Zustandsbeschreibung der Motorlast (Kenngröße für den Motorbetriebspunkt), und die Zustandsbeschreibung der Fahrzeugbewegung (Kenngröße für die Fahrzeuggeschwindigkeit) müssen in der Steuerung 18 nicht als jeweils ein absoluter einziger Wert abgelegt sein. Es ist ohne weiteres möglich, eine Vielzahl von vorgegebenen Werten in der Art eines Kennfeldes abzulegen. Diese 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 eingegeben werden. Zum Teil werden diese Betriebsdaten bereits heute bei elektronischen Motorsteuerungen 21 erfasst, so dass sie bereits von diesen zur Verfügung gestellt werden können.
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Das Kennfeld für die Zustandsbeschreibung des vorgegebenen Temperaturwertes TSSOLL der Ansaugluft wird aus einem Grundwert der Ansauglufttemperatur gebildet, der abhängig von der Außentemperatur und/oder der Motorraumtemperatur korrigiert ist. Ein Kennfeld für die Zustandsbeschreibung des vorgegebenen Geschwindigkeit VFZGSOLL 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 vorgegebenen Lastzustandswertes TLSOLL kann beispielsweise aus einem der Drosselklappenstellung oder einer davon abhängigen Größe entsprechenden Grundwert bestehen, der abhängig von dem Einspritzzeitpunkt und/oder der Einspritzmenge und/oder der Abgastemperatur und/oder der Motoröltemperatur und/oder der Getriebeöltemperatur und/oder der Motordrehzahl und/oder dem Signal einer Lambdasonde und/oder der Temperatur eines Bauteils des Zylinderkopfes oder des Kurbelgehäuses korrigiert wird.
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Auch die SOLL-Temperatur TMOTSOLL des Kühlmittels muss nicht nur ein einziger vorgegebener Wert sein. Vielmehr können der Kühlmittel-Temperatur-Vergleichsstufe 58 unterschiedliche SOLL-Werte eingegeben werden, die aus den in der elektronischen Motorsteuerung 21 abgelegten Kennfeldern aufgerufen werden können. Jede dieser eingegebenen SOLL-Temperaturen TMOTSOLL bewirkt, dass dann, wenn die IST-Kühlmitteltemperatur unter den vorgegebenen Wert abfällt, die Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Dehnstoffelement 24 unterbrochen wird. Die Kühlmitteltemperatur wird dann etwa auf diesen SOLL-Temperatur TMOTSOLL eingeregelt.
