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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchflussregelung
eines unter einer Motorhaube eines Kraftfahrzeugs zirkulierenden Luftstroms.
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Im
Stand der Technik, insbesondere aus DE-43 04 336, umfassend die
Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1, und aus FR-2 738 779,
ist bereits eine Vorrichtung zur Durchflussregelung eines unter
einer Motorhaube eines Kraftfahrzeugs zirkulierenden Luftstroms
bekannt, umfassend Mittel zum Verschließen einer Eintrittsöffnung des
Luftstroms, wobei diese Verschlussmittel zwischen einer Position des
maximalen und des minimalen Luftstroms in Abhängigkeit von mindestens einem
Steuerparameter einstellbar sind.
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Die
Verschlussmittel, die im Allgemeinen im vorderen Block des Fahrzeugs
angeordnet sind, umfassen beispielsweise (siehe insbesondere DE-43
04 336) einen Rahmen, der eine Eintrittsöffnung des Luftstroms unter
der Motorhaube begrenzt, auf dem schwenkbar Klappen befestigt sind,
die Verschlussmittel für
diese Öffnung
bilden, die insbesondere durch ein elektrisches Betätigungselement
gesteuert werden.
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In
zahlreichen Fällen
sind die Verschlussmittel zwischen einer Position des maximalen
und des minimalen Luftstroms in Abhängigkeit von der Temperatur
einer Wärmeaustauschflüssigkeit,
die in einem Kühlkreis
eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs zirkuliert, einstellbar
(siehe insbesondere DE-43 04 336). Dieser Kühlkreis umfasst einen Radiator,
der mit dem Luftstrom im thermischen Austausch steht und in dem
vorderen Block des Fahrzeugs angeordnet ist.
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Ferner
und immer häufiger
sollen die Kraftfahrzeuge mit einer Wärmepumpe ausgestattet werden,
die insbesondere für
die Klimatisierung ihres Fahrgastraums bestimmt ist.
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Üblicherweise
umfasst eine Wärmepumpe eine
Kompressionsschaltung, umfassend einen Verdampfer, der mit einer
Kältequelle
in thermischem Austausch steht, und einen Kondensator, der mit einer
Wärmequelle
in thermischem Austausch steht, wobei diese Elemente miteinander
durch einen Kompressor und einen Druckminderer verbunden sind. Das
Kältefluid
verdampft in dem Verdampfer, wobei es Wärme an der Kältequelle
entnimmt. Der Kompressor saugt das verdampfte Fluid an und befördert es
in den gekühlten
Kondensator (durch thermischen Austausch mit der Wärmequelle),
in dem es kondensiert. Der Druckminderer lässt das flüssige Kältefluid zu dem Verdampfer
durchfließen,
wobei er seinen Druck senkt.
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Bei
zahlreichen Anwendungen ist der Kondensator in dem vorderen Block
des Fahrzeugs in thermischem Austausch mit dem unter der Motorhaube
zirkulierenden Luftstrom angeordnet.
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Die
Erfindung soll die Steuerung der Verschlussmittel der Eintrittsöffnung des
unter der Motorhaube zirkulierenden Luftstroms in Abhängigkeit von
den Elementen des Fahrzeugs, die mit diesem Luftstrom in thermischem
Austausch stehen, optimieren.
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Zu
diesem Zweck betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchflussregelung
eines Luftstroms, der unter einer Haube eines Kraftfahrzeugs zirkuliert, vom
vorgenannten Typ, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussmittel
in Abhängigkeit
vom Druck eines Kältefluids
einstellbar sind, das in einer Wärmepumpe
in thermischem Austausch mit dem Luftstrom zirkuliert.
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Nach
weiteren Merkmalen dieser Vorrichtung:
- – umfasst
die Wärmepumpe
einen Kondensator eines Kältefluids
in thermischem Austausch mit dem Luftstrom, wobei der Druck des
Kältefluids
in einem Abschnitt des Kältefluidkreises
gemessen wird, der stromabwärts
zum Kondensator und stromaufwärts
zu einem Druckminderer des Kältefluids
angeordnet ist;
- – ist
die Position der Verschlussmittel eine Funktion des Drucks des Kältefluids,
so dass sich die Verschlussmittel in der Position des minimalen Luftstroms
befinden:
bis der Druck des Kältefluids einen Öffnungsdruck der
Verschlussmittel erreicht hat, und
bis der Druck des Kältefluids
einen Druck zum Verschließen
der Verschlussmittel erreicht hat, der geringer als der Öffnungsdruck
der Verschlussmittel ist;
- – sind
die Verschlussmittel auch in Abhängigkeit von
der Temperatur einer Wärmeaustauschflüssigkeit,
die in einem Kühlkreis
eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs in thermischem Austausch
mit dem Luftstrom zirkuliert, einstellbar;
- – umfasst
der Kühlkreis
einen Radiator in thermischem Austausch mit dem Luftstrom, wobei
die Temperatur der Wärmeaustauschflüssigkeit
in einem Abschnitt des Kühlkreises
gemessen wird, der stromaufwärts
zum Radiator und stromabwärts
zum Verbrennungsmotor angeordnet ist;
- – ist
die Position der Verschlussmittel eine Funktion der Temperatur der
Wärmeaustauschflüssigkeit,
so dass sich die Verschlussmittel in der Position des minimalen
Luftstroms befinden:
bis die Temperatur der Wärmeaustauschflüssigkeit
eine Öffnungstemperatur
der Verschlussmittel erreicht hat, und
bis die Temperatur der
Wärmeaustauschflüssigkeit
eine Temperatur zum Verschließen
der Verschlussmittel erreicht hat, die geringer als die Öffnungstemperatur
der Verschlussmittel ist;
- – sind
die Verschlussmittel auch in Abhängigkeit von
der Temperatur der Luft von mindestens einer Zone eines Lagerabteils
des Verbrennungsmotors, der unter der Haube des Kraftfahrzeugs angeordnet
ist, einstellbar;
- – wird
der Luftstrom von einem Ventilator angetrieben, der von einem Elektromotor,
der in Abhängigkeit
vom Druck des Kältefluids
gesteuert ist, angetrieben wird;
- - wird der Elektromotor deaktiviert;
bis der Druck des
Kältefluids
einen Druck zur Aktivierung des Elektromotors erreicht hat, der
größer als
der Öffnungsdruck
der Verschlussmittel ist, und
bis der Druck des Kältefluids
einen Druck zur Deaktivierung des Elektromotors erreicht, der geringer
als der Aktivierungsdruck des Elektromotors und höher als
der Druck zum Verschließen der
Verschlussmittel ist;
- – wird
der Elektromotor auch in Abhängigkeit
von der Temperatur der Wärmeaustauschflüssigkeit gesteuert;
- - befindet sich der Elektromotor im Stillstand
bis die
Temperatur der Wärmeaustauschflüssigkeit
eine Temperatur zur Aktivierung des Elektromotors erreicht hat,
die größer als
die Temperatur zum Öffnen
der Verschlussmittel ist, und
bis die Tempteratur der Wärmeaustauschflüssigkeit
eine Temperatur zur Deaktivierung des Elektromotors erreicht hat,
die geringer als die Temperatur zur Aktivierung des Elektromotors
und größer als
die Temperatur zum Verschließen
der Verschlussmittel ist.
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Die
Erfindung wird durch die Studie der nachfolgenden Beschreibung besser
verständlich, die
nur als Beispiel dient und sich auf die Zeichnungen bezieht, wobei:
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1 eine
schematische Ansicht des vorderen Teils eines Kraftfahrzeugs ist,
das mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Durchflussregelung ausgestattet ist;
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die 2 und 3 Diagramme
zeigen, die Beispiele für
die Einstellung der Verschluss- und Steuermittel des Elektromotors
für den
Antrieb des Ventilators in Abhängigkeit
vom Druck des Kältefluids der
Wärmepumpe
bzw. der Temperatur der Wärmeaustauschflüssigkeit
des Kühlkreises
des Verbrennungsmotors darstellen.
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In 1 ist
ein vorderer Teil 10 eines Kraftfahrzeugs dargestellt,
insbesondere umfassend eine Motorhaube 12 und einen vorderen
Block 14, der einen Stoßdämpfer 16 trägt. Die
Haube 12 begrenzt ein Lagerabteil 18 für eine Motorantriebsgruppe. Letztgenannte
umfasst einen herkömmlichen
Verbrennungsmotor 20.
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Der
vordere Block 14 umfasst einen Rahmen 22, der
eine Öffnung 24 für den Eintritt
des Luftstroms außerhalb
des Fahrzeugs begrenzt. Dieser Luftstrom ist dazu bestimmt, unter
der Haube 12 in thermischem Austausch mit mehreren Elementen,
die später
beschrieben sind, zu zirkulieren.
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Die Öffnung 24 kann
mit Hilfe von herkömmlichen
Mitteln 26, wie beispielsweise schwenkbaren Klappen, die
durch eine elektrische Betätigungsvorrichtung 28 gesteuert
werden, verschlossen werden.
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Der
Verbrennungsmotor 20 wird durch einen herkömmlichen
Kreis 30 eines Kältefluids
gekühlt, umfassend
ein Luftheizgerät,
das vorzugsweise im vorderen Block 14 angeordnet ist. Die
Wärmeaustauschflüssigkeit
ist beispielsweise eine Mischung aus Wasser und Frostschutzmittel.
Das Luftheizgerät umfasst
einen Radiator 32, in dem die Wärmeaustauschflüssigkeit
in Wärmeaustausch
mit dem Luftstrom zirkuliert, und eine Motorventilatorgruppe, von der
in 1 ein Ventilator 34 dargestellt ist,
der von einem Elektromotor 36 angetrieben wird. Dieser
Ventilator 34 ermöglicht
es, den Luftstrom anzutreiben, der von außerhalb des Fahrzeugs kommt,
um ihn unter der Motorhaube zirkulieren zu lassen.
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Das
Fahrzeug ist mit einer Wärmepumpe 38 ausgestattet,
die beispielsweise für
die Klimatisierung des Fahrgastraums des Fahrzeugs bestimmt und
mit einem herkömmlichen
Kreis 40 eines Kältefluids
versehen ist, das beispielsweise unter einem Chlor- und Fluorderivat
von Methan oder Ethan (Freon), einem Kohlenwasserstoff, Ammoniak
oder Kohlendioxid ausgewählt
wird.
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Auf
herkömmliche
Weise umfasst dieser Kreis 40 einen Verdampfer (nicht dargestellt),
dessen Ausgang SE an den Eingang eines Kondensators 42 über einen
Kompressor 44 angeschlossen ist. Der Kondensator 42,
der vorzugsweise im vorderen Block angeordnet ist, steht mit dem
Luftstrom in thermischem Austausch. Der Ausgang des Kondensators 42 ist
an den Eingang EE des Verdampfers durch einen Druckminderer 46 angeschlossen.
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Die
Verschlussmittel 26 sind zwischen einer Position des maximalen
und des minimalen Luftstroms in Abhängigkeit vom Druck des in der
Wärmepumpe 38 zirkulierenden
Luftstroms einstellbar.
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Vorzugsweise
wird der Druck des Kältefluids durch
einen herkömmlichen
Fühler 48 in
einem Abschnitt des Kältefluidkreises 40 gemessen,
der sich stromabwärts
zum Kondensator 42 und stromaufwärts zum Druckminderer 46 befindet.
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Der
Druck des Kältefluids
kann es ferner ermöglichen,
den Elektromotor 36 für
den Antrieb des Ventilators 34 zu steuern.
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2 stellt
ein Beispiel für
die Einstellung der Verschluss- 26 und Steuermittel des
Elektromotors 36 in Abhängigkeit
vom Druck des Kältefluids
der Wärmepumpe
dar.
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Das
obere Diagramm der 2 stellt ein Beispiel einer
Kurve P(t) der Entwicklung des Drucks P des Kältefluids in Abhängigkeit
von der Zeit t dar.
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Das
mittlere Diagramm der 2 stellt die Position der Verschlussmittel 26 in
Abhängigkeit
vom Druck P des Kältefluids
dar, wobei diese Position zwischen einer Position des minimalen
Luftstroms F, beispielsweise gleich Null, und einer maximalen Position
O variieren kann. In diesem mittleren Diagramm ist zu sehen, dass
die Position der Verschlussmittel von dem Druck des Kältefluids
abhängt,
so dass sich die Verschlussmittel in der Position des minimalen Luftstroms
befinden:
- bis der Druck des Kältefluids einen Öffnungsdruck
P1 der Verschlussmittel 26 erreicht hat, und
- bis der Druck des Kältefluids
einen Druck P2 zum Verschließen
der Verschlussmittel 26 erreicht hat, der geringer als
der Öffnungsdruck
P1 dieser Verschlussmittel ist.
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Der Öffnungsdruck
P1 der Verschlussmittel 26 beträgt beispielsweise ungefähr 15 bis
20 bar (15.105 bis 20.105 Pa),
je nach Typ des Kältefluidkreises 40.
Der Druck P2 zum Verschließen
der Verschlussmittel 26 beträgt beispielsweise ungefähr 10 bis
15 bar (10.105 bis 15.105 Pa),
ebenfalls je nach Typ des Kreises 40.
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In
dem dargestellten Beispiel befinden sich zwischen den aufeinander
folgenden Druckwerten P1 zum Öffnen
der Verschlussmittel 26 und P2 zum Verschließen dieser
Verschlussmittel 26 diese letztgenannten in ihrer Position
des maximalen Luftstroms O, um nach Möglichkeit den thermischen Austausch
zwischen dem Kondensator 42 und dem unter die Haube eintretenden
Luftstrom zu begünstigen.
Es ist natürlich
möglich,
ein komplexeres Gesetz für
das aufeinander folgende oder stufenweise Öffnen und Verschließen der
Verschlussmittel 26 in Abhängigkeit vom Druck des Kältefluids
vorzusehen.
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Das
untere Diagramm der 2 stellt den aktivierten Zustand
M oder deaktivierten Zustand A des Elektromotors 36 für den Antrieb
des Ventilators 34 dar. In diesem unteren Diagramm ist
zu sehen, dass der Elektromotor deaktiviert ist:
- bis der
Druck des Kältefluids
einen Druck P3 zur Aktivierung des Elektromotors 36 erreicht
hat, der größer als
der Öffnungsdruck
P1 der Verschlussmittel 26 ist, und
- bis der Druck des Kältefluids
einen Druck P4 zur Deaktivierung des Elektromotors 36 erreicht,
der geringer als der Aktivierungsdruck P3 des Elektromotors 36 und
höher als
der Druck P2 zum Verschließen der
Verschlussmittel 26 ist.
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In
dem dargestellten Beispiel wird zwischen den aufeinander folgenden
Druckwerten P3 und P4 der Elektromotor 36 aktiviert, so
dass er sich mit einer konstanten Nominalgeschwindigkeit dreht,
um nach Möglichkeit
den thermischen Austausch zwischen dem Kondensator 42 und
dem unter die Haube eintretenden Luftstrom zu begünstigen.
Es ist natürlich möglich, ein
komplexeres Gesetz für
die progressive oder stufenweise Erhöhung oder Verringerung der Geschwindigkeit
des Elektromotors 36 in Abhängigkeit vom Druck des Kältefluids
vorzusehen.
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Die
Verschlussmittel 26 sind auch zwischen einer Position des
maximalen und des minimalen Luftstroms in Abhängigkeit von der Temperatur
der in dem Kühlkreis 30 des
Verbrennungsmotors 20 zirkulierenden Wärmeaustauschflüssigkeit
einstellbar.
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Vorzugsweise
wird die Temperatur der Wärmeaustauschflüssigkeit
durch einen herkömmlichen Fühler 50 in
einem Abschnitt des Kühlkreises 30 gemessen,
der sich stromaufwärts
zum Radiator 32 und stromabwärts zum Verbrennungsmotor 20 befindet.
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Die
Temperatur der Wärmeaustauschflüssigkeit
kann es ferner ermöglichen,
den Elektromotor 36 für
den Antrieb des Ventilators 34 zu steuern.
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3 stellt
ein Beispiel für
die Einstellung der Verschluss- 26 und Steuermittel des
Elektromotors 36 in Abhängigkeit
von der Temperatur der Wärmeaustauschflüssigkeit
dar.
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Das
obere Diagramm der 3 stellt ein Beispiel einer
Kurve P(t) der Entwicklung der Temperatur der Wärmeaustauschflüssigkeit
in Abhängigkeit
von der Zeit t dar.
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Das
mittlere Diagramm der 3 stellt die Position der Verschlussmittel 26 in
Abhängigkeit
von der Temperatur der Wärmeaustauschflüssigkeit
dar, wobei diese Position zwischen Positionen eines minimalen Luftstroms
F, beispielsweise gleich Null, und eines maximalen Luftstroms O
variieren kann. In diesem mittleren Diagramm ist zu sehen, dass
die Position der Verschlussmittel eine Funktion der Temperatur der
Wärmeaustauschflüssigkeit
ist, so dass sich die Verschlussmittel in der Position des minimalen Luftstroms
befinden:
- bis die Temperatur der Wärmeaustauschflüssigkeit eine Öffnungstemperatur
T1 der Verschlussmittel 26 erreicht hat, und
- bis die Temperatur der Wärmeaustauschflüssigkeit eine
Temperatur T2 zum Verschließen
der Verschlussmittel 26 erreicht hat, die geringer als
die Öffnungstemperatur
T1 der Verschlussmittel ist.
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Die
Temperatur T1 zum Öffnen
der Verschlussmittel 26 beträgt beispielsweise 80 bis 110 °C, je nach
Typ des Verbrennungsmotors 20. Die Temperatur T2 zum Verschließen der
Verschlussmittel 26 beträgt beispielsweise 60 bis 85 °C, ebenfalls
je nach Typ des Verbrennungsmotors 20.
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Zwischen
den aufeinander folgenden Temperaturen T1 zum Öffnen der Verschlussmittel 26 und T2
zum Verschließen
dieser Verschlussmittel 26 befinden sich diese letztgenannten
in ihrer Position des maximalen Luftstroms O, um nach Möglichkeit
den thermischen Austausch zwischen dem Radiator 32 und
dem unter die Haube eintretenden Luftstrom zu begünstigen.
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Wie
für den
Parameter „Druck
des Kältefluids" ist es möglich, zwischen
den aufeinander folgenden Temperaturen T1 zum Öffnen der Verschlussmittel 26 und
T2 zum Verschließen
dieser Verschlussmittel 26 ein komplexeres Gesetz als das
dargestellte zum progressiven oder stufenweisen Öffnen und Verschließen der
Verschlussmittel 26 in Abhängigkeit von dem Parameter „Temperatur
der Wärmeaustauschflüssigkeit" vorzusehen.
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Das
untere Diagramm der 3 stellt den aktivierten Zustand
M oder deaktivierten Zustand A des Elektromotors 36 zum
Antrieb des Ventilators 34 dar. In diesem unteren Diagramm
ist zu sehen, dass der Elektromotor deaktiviert ist:
- bis
die Temperatur der Wärmeaustauschflüssigkeit eine
Temperatur T3 zur Aktivierung des Elektromotors 36 erreicht
hat, die größer als
die Temperatur T1 zum Öffnen
der Verschlussmittel 26 ist, und
- bis die Temperatur der Wärmeaustauschflüssigkeit eine
Temperatur T4 zur Deaktivierung des Elektromotors 36 erreicht
hat, die geringer als die Temperatur T3 zur Aktivierung des Elektromotors 36 und
größer als
die Temperatur T2 zum Verschließen
der Verschlussmittel 26 ist.
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Zwischen
den aufeinander folgenden Temperaturen T3 und T4 wird der Elektromotor 36 aktiviert,
um sich mit einer konstanten Nominalgeschwindigkeit zu drehen, um
nach Möglichkeit
den thermischen Austausch zwischen dem Radiator 32 und dem
unter die Haube eintretenden Luftstrom zu begünstigen.
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Wie
für den
Parameter „Druck
des Kältefluids" ist es möglich, zwischen
diesen aufeinander folgenden Temperaturen T3 und T4 ein komplexeres Gesetz
als das dargestellte für
die progressive oder stufenweise Erhöhung oder Verringerung der
Geschwindigkeit des Elektromotors 36 in Abhängigkeit vom
Parameter „Temperatur
der Wärmeaustauschflüssigkeit" vorzusehen.
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Die
Verschlussmittel 26 sind auch in Abhängigkeit von der Temperatur
der Luft von mindestens einer Zone Z des Abteils 18 abhängig. Diese
Temperatur wird mit Hilfe eines herkömmlichen Fühlers 52 erhoben.
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Die
Zone Z umgibt beispielsweise ein Element, dessen richtige Funktion
oder Integrität
von der Temperatur der Luft, von der es umgeben ist, abhängen. Dieses
Element kann ein Vorkatalysator, eine Batterie, eine elektronische
oder elektrische Vorrichtung, usw. sein. So werden die Verschlussmittel 26 beispielsweise
geöffnet,
wenn die Temperatur der Luft der eine elektronische Vorrichtung
umgebenden Zone 60 °C überschreitet.
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Die
den von den Druckfühlern 48 und
Temperaturfühlern 50, 52 gemessenen
oder erhobenen Werten entsprechenden Signale werden am Eingang an
ein Steuergehäuse 54 übertragen,
das am Ausgang Steuersignale für
die Betätigungsvorrichtung 28,
die die Verschlussmittel 26 steuert, und den Elektromotor 36 liefert.
Das Steuergehäuse 54 steuert
somit die Befehle für
die Betätigungsvorrichtung 28 und den
Elektromotor 36 in Abhängigkeit
von den Parametern „Druck
des Kältefluids", „Temperatur
der Flüssigkeit
des Kühlkreises" und „Temperatur
der Zone Z".
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Unter
den Vorteilen der Erfindung ist anzumerken, dass es diese ermöglicht,
die Steuerung der Verschlussmittel der Eintrittsöffnung des unter der Haube
zirkulierenden Luftstroms in Abhängigkeit
von den Elementen des Fahrzeugs zu optimieren, die mit diesem Luftstrom
in thermischem Austausch stehen.
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Insbesondere
ermöglicht
es die Einstellung der Position der Verschlussmittel 26 durch
mindestens zwei Parameter, wie beispielsweise den Druck des Kältefluids
und die Temperatur der Flüssigkeit des
Kühlkreises,
diese Versschlussmittel nur mit Vorbedacht zu öffnen. Somit:
- – werden
einerseits die Zeiten vermieden, während derer die Verschlussmittel
auf ungelegene Weise offen sind, wobei sie der Aerodynamik des Fahrzeugs
unnötig
schaden,
- – werden
andererseits dadurch, dass die Verschlussmittel beim Start des Fahrzeugs
möglichst lange
verschlossen gehalten werden,
– die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs des
Verbrennungsmotors und gegebenenfalls der Erwärmung des Fahrgastraums begünstigt,
– und der
Verbrauch des Verbrennungsmotors sowie die Abgasemission minimiert.