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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen eines
Kraftfahrzeug-Motors.
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Insbesondere
betrifft die Erfindung eine Kühlvorrichtung
mit einem Hydraulikkreislauf für
ein wärmeübertragendes
Fluid mit einer Pumpe, die das Fluid durch den Fahrzeugmotor und
verschiedene Zweige des Kreislaufs zirkulieren lässt. In den verschiedenen Zweigen
des Kreislaufs können
thermische Einrichtungen des Fahrzeugs angeordnet sein.
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Kühlsysteme
sollen gewährleisten,
dass die Motoren den thermomechanischen Belastungen durch die Verbrennung
standhalten. Neben der Hauptfunktion der Motorkühlung erfüllen sie ergänzende Funktionen,
um die Gesamtleistung zu verbessern oder den Fahrgästen Komfort
wie beispielsweise das Heizen des Fahrgastraums zu bieten.
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Da
bei der Auslegung von Kühlsystemen
nur die Funktionsweise bei maximaler Drehzahl und unter Volllast
des Motors berücksichtigt
wird, sind sie für die
meisten Einsatzfälle
der Fahrzeuge überdimensioniert.
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Somit
sind die Funktionsparameter des Motors nicht optimiert, was eine
Verschlechterung seiner Leistungen nach sich zieht, wie erhöhten Verbrauch,
hohe Schadstoffemission sowie eine Verringerung des thermischen
und akustischen Komforts des Fahrzeugs.
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Die
DE 4033261 beschreibt ein
Kühlsystem für einen
Verbrennungsmotor mit einem Kreislauf für eine wärmeübertragende Flüssigkeit,
der eine Schleife zu einem Heizgerät bildet. Der Kreislauf umfasst
darüber
hinaus eine zum Heizgerät
parallele Abzweigung, wobei ein thermostatisches Ventil für die Verteilung
der Kühlflüssigkeit
zwischen dem Heizgerät
und der Abzweigung sorgt. Ein zusätzlicher Verschluss erlaubt,
den Rückfluss
des Fluids zum Motor zu versperren, sodass dieser schneller warm
werden kann.
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Dieses
Kühlsystem
optimiert jedoch nicht den Wärmeaustausch
mit dem Motor.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Kühlen eines
Kraftfahrzeug-Motors vorzuschlagen, das die oben erwähnten Nachteile
des Stands der Technik ganz oder teilweise behebt.
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Dieses
Ziel wird mit einem Verfahren zum Kühlen eines Kraftfahrzeug-Motors
erreicht, welches das Volumen und den Durchsatz eines wärmeübertragenden
Fluids in einem Hydraulikkreislauf mit verschiedenen Zweigen regelt,
in denen thermische Einrichtungen des Fahrzeugs angeordnet sind,
und einen Schritt des Erfassens der Temperatur der Kühlflüssigkeit
aufweist sowie einen Schritt der Begrenzung oder des Anhaltens der
Zirkulation des Fluids zumindest in bestimmten Zweigen, wenn die
Temperatur des Fluids niedriger ist als ein erster bestimmter Temperatur-Grenzwert;
darüber
hinaus umfasst das Verfahren einen Schritt des Bestimmens der momentan
vom Motor gelieferten Durchschnittsleistung, gefolgt von einem Schritt
des Bestimmens des ersten Temperatur-Grenzwerts in Abhängigkeit
von der momentanen Durchschnittsleistung und einer bestimmten Modellierung
der Funktionsweise des Motors, die seinen kalten Zustand (erster
Temperatur-Grenzwert) in Abhängigkeit
von der Durchschnittsleistung festlegt.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum
Kühlen
eines Kraftfahrzeug-Motors vorzuschlagen, die die oben erwähnten Nachteile
des Stands der Technik ganz oder teilweise behebt.
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Dieses
Ziel wird durch eine Vorrichtung zum Kühlen eines Kraftfahrzeug-Motors
mit Hydraulikkreislauf für
ein wärmeübertragendes
Fluid erreicht, der einer Pumpe zugeordnet ist, die das Fluid durch den
Fahrzeugmotor und verschiedene Zweige des Kreislaufs zirkulieren
lässt,
in denen thermische Einrichtungen des Fahrzeugs angeordnet sind,
wobei zumindest bestimmte Zweige des Kreislaufs mit elektronisch
gesteuerten Betätigungsorganen
zum Regeln der Zirkulation des Fluids darin ausgestattet sind, wobei
die Vorrichtung Mittel zum Erfassen von Informationen über die
Betriebsbedingungen des Fahrzeugs aufweist, die mit Mitteln zum
Steuern der Funktionsweise der Betätigungsorgane verbunden sind,
um das Volumen und den Durchsatz an Flüssigkeit zu regeln, die im
Hydraulikkreislauf zirkuliert, sodass die Funktionsweise des Motors
optimiert wird, wobei die Informationserfassungs-Mittel die Temperatur
der Kühlflüssigkeit
bestimmen können,
wobei die Steuermittel für
das Begrenzen oder Anhalten der Zirkulation des Fluids zumindest
in bestimmten Zweigen sorgen können,
wenn die Temperatur des Fluids niedriger ist als ein erster bestimmter
Temperatur-Grenzwert, wobei die Steuermittel mit den Erfassungsmitteln
zusammenwirken, um zum einen die momentan vom Motor gelieferte Durchschnittsleistung
und zum anderen den ersten Temperatur-Grenzwert in Abhängigkeit
von der momentanen Durchschnittsleistung und einer bestimmten Modellierung
der Funktionsweise des Motors zu berechnen, die seinen kalten Zustand
(erster Temperatur-Grenzwert) in Abhängigkeit von der Durchschnittsleistung
festlegt.
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Darüber hinaus
kann die Erfindung eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
- – Die
Steuermittel sorgen zumindest vorübergehend für die Zirkulation des Fluids
zumindest in bestimmten Zweigen, wenn die Temperatur des Fluids
einen zweiten bestimmten Temperatur-Grenzwert übersteigt.
- – Wenn
die Temperatur des Fluids zwischen dem ersten und dem zweiten Temperatur-Grenzwert liegt,
sorgen die Steuermittel zumindest vorübergehend für die Zirkulation des Fluids
zumindest in bestimmten Zweigen, wobei das Volumen und/oder der
Durchsatz des in diesen Zweigen zirkulierenden Fluids von der Temperatur
der Flüssigkeit
abhängen.
- – Der
zweite Temperatur-Grenzwert beträgt
ungefähr
zwischen 60 und 100 Grad.
- – Der
erste Temperatur-Grenzwert beträgt
ungefähr
zwischen 20 und 60 Grad und legt die Fluidtemperatur fest, unterhalb
der der Zustand des Motors als „vorübergehend" oder „kalt" bezeichnet wird.
- – Die
Informationserfassungs-Mittel können
gegebenenfalls ein Versagen der elektronisch gesteuerten Betätigungsorgane
feststellen, sodass die Steuermittel unabhängig von der Temperatur des Fluids
für die
freie Zirkulation des Fluids zumindest in bestimmten Zweigen sorgen,
wenn mindestens ein Versagen eines Betätigungsorgans festgestellt
wird.
- – Die
Umlaufpumpe für
das Kühlfluid
ist eine mechanische Pumpe.
- – Die
Vorrichtung umfasst einen Zweig, der mit einem elektronisch gesteuerten
Betätigungsorgan versehen
ist und in dem Mittel angeordnet sind, die für die Rückführung zumindest eines Teils
der Abga se des Motors zum Einlass sorgen, auch „Exhaust Gaz Recycling (EGR)" genannt, wobei das
Betätigungsorgan
des Kühlzweigs
mit den Abgasrückführungs-Mitteln
geschlossen ist, wenn die Temperatur des Fluids niedriger ist als
der erste Temperatur-Grenzwert.
- – Die
Vorrichtung umfasst einen Zweig mit Mitteln, die eine Luftheizung
für den
Fahrgastraum bilden, sowie eventuell mit zusätzlichen Heizmitteln.
- – Die
Vorrichtung umfasst Mittel, die eine Luftheizung für den Fahrgastraum
bilden, und eventuell zusätzliche
Heizmittel, die in dem Zweig mit den Rückführungsmitteln für die Motorabgase
angeordnet sind.
- – Der
Zweig mit den Luftheizmitteln ist mit einem elektronisch gesteuerten
Betätigungsorgan
versehen, wobei die Luftheizmittel den Fahrgastraum auf eine erste,
vom Benutzer des Fahrzeugs bestimmte Solltemperatur erhitzen können, und
die Steuermittel wirken mit den Erfassungsmitteln zusammen, um zum
einen die außerhalb
des Fahrzeugs vorliegende Außentemperatur
zu erfassen und zum anderen das Betätigungsorgan des Luftheizmittel-Zweigs
zu öffnen
beziehungsweise zu schließen,
wenn die Außentemperatur
niedriger beziehungsweise höher
als die erste Solltemperatur ist.
- – Der
Zweig mit den Luftheizmitteln ist mit einem elektronisch gesteuerten
Betätigungsorgan
versehen, wobei die Luftheizmittel für eine Klimatisierung des Fahrgastraums
auf eine zweite, vom Benutzer des Fahrzeugs bestimmte Solltemperatur sorgen
können,
und die Steuermittel wirken mit den Erfassungsmitteln zusammen,
um zum einen die außerhalb
des Fahrzeugs vorliegende Temperatur zu bestimmen und zum anderen
das Betätigungsorgan
des Luftheizmittel-Zweigs zu schließen beziehungsweise zu öffnen, wenn
die Außen temperatur
niedriger beziehungsweise höher
ist als die zweite Solltemperatur.
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Weitere
Besonderheiten und Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung
hervor, die auf die Zeichnungen Bezug nimmt.
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1 zeigt
schematisch den Aufbau und die Funktionsweise eines ersten Ausführungsbeispiels der
erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung.
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2 zeigt
eine zweite Ausführungsart
der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung.
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3 zeigt
in einem Diagramm ein Beispiel für
die Änderung über die
Zeit t der Temperatur T der Kühlflüssigkeit
und eines ersten Temperatur-Grenzwerts T1.
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4 zeigt
ein Beispiel für
die Änderung
der Temperatur Th des Motor-Schmieröls in Abhängigkeit von der Zeit t sowie
das Signal für
den geöffneten Zustand
O und den geschlossenen Zustand F des elektronisch gesteuerten Betätigungsorgans
des ersten Zweigs des Kreislaufs.
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5 zeigt
den geöffneten
Zustand O und den geschlossenen Zustand F des Betätigungsorgans
des Entgasungszweigs in Abhängigkeit
von der Temperatur T der Kühlflüssigkeit.
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6 zeigt
ein Beispiel für
die Änderung
der Periode P des Steuersignals des Betätigungsorgans des Entgasungszweigs
in Abhängigkeit
von der Temperatur T der Kühlflüssigkeit.
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7 zeigt
den Öffnungszustand
des Bypass-Ventils in Abhängigkeit
von der Temperatur T der Kühlflüssigkeit.
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8 zeigt
schematisch ein Beispiel für
die Kopplung der Öffnung
des Bypass-Ventils mit der Öffnung
des Ventils eines Heizgeräts.
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9 zeigt
zwei Beispiele für
die Änderung der
Rotationsgeschwindigkeit eines Lüftersatzes
in Abhängigkeit
von der Änderung
der Temperatur T der Kühlflüssigkeit.
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1 zeigt
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung.
Die Kühlvorrichtung
umfasst einen Hydraulikkreislauf 2, der ein wärmeübertragendes
Kühlfluid
enthält.
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Dem
Kreislauf 2 ist eine Hydropumpe 3 zugeordnet,
die für
die Zirkulation des Fluids durch den Motor 1 und verschiedene
Zweige 4, 5, 6, 7, 8, 44 des Kreislaufs 2 sorgt.
Vorzugsweise ist die Pumpe 3 eine mechanische Pumpe, aber
auch der Einsatz einer elektrischen Pumpe kann in Betracht gezogen
werden.
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Die
Zweige 4, 5, 6, 7, 8, 44 des
Kreislaufs 2 werden ausgehend von einem Gehäuse 122,
auch „Boîtier de
Sortie d'eau" (BSE) genannt, mit
Kühlflüssigkeit
versorgt. Das Gehäuse 122,
das am Motor 1 und vorzugsweise am Zylinderkopf des Motors 1 befestigt
ist, sammelt die Kühlflüssigkeit,
die den Motor 1 durchlaufen hat. Die Kühlflüssigkeit, die die Zweige durchlaufen
hat, wird von einem Wassereingangsbehälter 23 aufgefangen,
bevor sie wieder durch den Motor 1 läuft.
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Vorteilhafterweise
sind zumindest bestimmte Zweige 4, 5, 6, 7, 8, 44 des
Kreislaufs 2 mit elektronisch gesteuerten Betätigungsorganen 14, 15, 16, 17, 18, 29 versehen,
die die Zirkulation des Fluids regeln. Die elektronisch gesteuerten
Betätigungsorgane
sind beispielsweise Elek troventile. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung
Mittel 22 zum Erfassen von Informationen über die
Betriebsbedingungen des Fahrzeugs. Die Erfassungsmittel 22 sind
mit Mitteln 19 zum Steuern der Funktionsweise zumindest
eines Teils der Betätigungsorgane 14, 15, 16, 17, 18, 29 verbunden,
um das Volumen und den Durchsatz an Fluid zu regeln, das im Hydraulikkreislauf 2 zirkuliert, sodass
die Funktionsweise des Motors optimiert wird.
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Die
Steuermittel 19 oder die Datenverarbeitungseinheit können jeden
geeigneten Rechner 20 aufweisen, beispielsweise ein „Boîtier de
Servitude Intelligent" (BSI)
bekannter Art. Der Rechner 20 ist Datenspeichern 21 zugeordnet,
die beispielsweise einen programmierbaren Speicher und/oder einen Nur-Lese-Speicher
aufweisen. Der Rechner 20 ist ebenfalls mit den Mitteln 22 zum
Erfassen von Informationen über
die Betriebsbedingungen des Fahrzeugs verbunden, die beispielsweise
verschiedene Sensoren oder weitere Rechner wie einen Rechner zum
Steuern des Motors aufweisen.
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Vorzugsweise
können
die Informationserfassungs-Mittel 22 zumindest einen der
folgenden Parameter erfassen: die Motordrehzahl, das Motordrehmoment,
die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, die Temperatur des Motor-Schmieröls, die
Temperatur der Kühlflüssigkeit
des Motors, die Temperatur der Motorabgase, die außerhalb
des Fahrzeugs herrschende Temperatur und die Temperatur im Fahrgastraum.
Die verschiedenen Informationen über
die Betriebsbedingungen des Fahrzeugs werden vom Rechner 20 verarbeitet
und analysiert, um die Funktionsweise der Betätigungsorgane 14, 15, 16, 17,18, 29 und
eventuell der Pumpe 3 zu steuern.
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Erfindungsgemäß hängt der
Durchsatz oder das Volumen der Kühlflüssigkeit,
die in den verschiedenen Zweigen 4, 5, 6, 7, 8, 44 des
Kreislaufs 2 zirkulieren darf oder nicht, vom Erwärmungszustand des Motors 1 ab.
Beispielsweise lassen sich drei Zustände des Motors 1 definieren:
ein erster Zustand, in dem der Motor „kalt" ist, ein zweiter Zustand, in dem der
Motor 1 „heiß" ist, und ein dritter
Zustand zwischen dem heißen
und dem kalten Zustand, der so genannte Zwischenzustand.
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Vorzugsweise
hängt der
Wärmezustand
des Motors 1 von der Temperatur T der Kühlflüssigkeit, vorzugsweise am Ausgang
des Motors 1 ab. So ist der Motor 1 kalt, wenn
die Temperatur der Kühlflüssigkeit
niedriger ist als ein erster bestimmter Temperatur-Grenzwert T1. Dagegen ist der Motor 1 heiß, wenn
die Temperatur T der Kühlflüssigkeit
höher ist als
ein zweiter bestimmter Temperatur-Grenzwert T2. Schließlich befindet
sich der Motor 1 im so genannten Zwischenzustand, wenn
die Temperatur der Kühlflüssigkeit
zwischen dem ersten Temperatur-Grenzwert T1 und
dem zweiten Temperatur-Grenzwert T2 liegt.
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Der
erste Temperatur-Grenzwert T1 und/oder der
zweite Temperatur-Grenzwert
T2 können
feste oder variable Werte sein, die in Abhängigkeit vom Typ des Motors 1 bestimmt
werden. Vorzugsweise sind der erste Temperatur-Grenzwert T1 und/oder der zweite Temperatur-Grenzwert T2 Variablen, die vom Typ des Motors 1 und
von mindestens einem Betriebsparameter des Motors 1 abhängen. Beispielsweise hängen der
erste Temperatur-Grenzwert T1 und/oder der
zweite Temperatur-Grenzwert T2 von der vom Motor 1 gelieferten
Durchschnittsleistung Pm ab. Das heißt die Steuermittel 19 wirken
mit den Erfassungsmitteln 22 zusammen, um die vom Motor 1 gelieferte momentane
Durchschnittsleistung Pm zu berechnen.
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Die
Steuermittel 19 berechnen dann den ersten Temperatur-Grenzwert T1 und/oder den zweiten Temperatur-Grenzwert
T2 in Abhängigkeit von der momentanen
Durchschnittsleistung Pm und einer bestimmten Modellierung der Funktionsweise
des Motors 1. Die Modellierung des Motors legt den kalten, den
heißen
und den Zwischenzustand (erster Temperatur-Grenzwert T1 und
zweiter Temperatur-Grenzwert
T2) in Abhängigkeit von der vom Motor
gelieferten Durchschnittsleistung Pm fest.
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Die
momentane Leistung P(t) in Kilowatt (kW), die der Motor im Moment
t liefert, ist durch die folgende Gleichung gegeben:
wobei N die momentane Drehzahl
des Motors in Umdrehungen pro Minute und C das momentane Drehmoment
des Motors in Nm darstellen. Die Werte der Drehzahl N und des Drehmoments
C können
von den Datenerfassungs-Mitteln
22, das heißt von geeigneten
Sensoren, erfasst werden. Herkömmlicherweise liegt
die Motordrehzahl N ungefähr
zwischen 0 und 6000 U/min, während
das Drehmoment C ungefähr zwischen
0 und 350 Nm liegt.
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Die
Steuermittel
19 berechnen dann die vom Motor im Moment
t gelieferte Leistung P(t) und die vom Motor im Moment t gelieferte
Durchschnittsleistung Pm(t). Die Durchschnittsleistung Pm(t) im
Moment t kann mit der folgenden Gleichung berechnet werden:
wobei Pm(t – 1) die
Durchschnittsleistung im Moment (t – 1) ist. Selbstverständlich kann
die Durchschnittsleistung mit jeder anderen gleichwertigen Formel
berechnet werden, beispielsweise mit der Formel
in der Pm(t – 1) die
Durchschnittsleistung im Moment (t – 1), P(t) die Momentanleistung
im Moment t und c und k Gewichtungskoeffizienten sind.
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Der
Rechner 19 und/oder die Datenspeichermittel 21 können die
Modellierung der Funktionsweise des Motors 1 enthalten,
die seinen kalten, heißen und
Zwischenzustand (erster Temperatur-Grenzwert T1 und
zweiter Temperatur-Grenzwert T2) in Abhängigkeit
von der Durchschnittsleistung Pm festlegt. Das heißt für einen
gegebenen Motortyp werden empirisch und/oder durch Berechnung Entsprechungstabellen
festgelegt, die die Temperatur-Grenzwerte T1 und
T2 in Abhängigkeit von der Durchschnittsleistung
Pm des Motors 1 angeben. Diese Tabellen oder Modellierungen,
die vom Motortyp abhängen,
sind beispielsweise polynomische Funktionen. So ist der erste Temperatur-Grenzwert
T1 im Allgemeinen eine fallende Funktion
der Durchschnittsleistung.
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Der
erste Temperatur-Grenzwert T1 kann ungefähr zwischen
20 und 60 Grad variieren und vorzugsweise zwischen 30 und 50 Grad.
Der zweite Temperatur-Grenzwert T2 kann
ungefähr
zwischen 60 und 100 Grad variieren. Jedoch ist der zweite Temperatur-Grenzwert
T2 im Allgemeinen um den Wert von 80 Grad
im Wesentlichen konstant.
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Die
Steuermittel 19 wirken mit den Datenerfassungs-Mitteln 22 zusammen,
um die Temperatur T der Kühlflüssigkeit
mit den beiden Temperatur-Grenzwerten T1 und
T2 zu vergleichen.
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Der
Einfachheit halber kann der Wert des ersten Temperatur-Grenzwerts von den
Steuermitteln 19 festgehalten werden, sobald die gemessene Temperatur
T der Kühlflüssigkeit
den ersten Temperatur-Grenzwert
T1 erreicht. 3 zeigt
in einem Diagramm ein Beispiel für
die Änderung über die
Zeit t der Temperatur T der Kühlflüssigkeit
und des ersten Temperatur-Grenzwerts T1(Pm),
der von der Durchschnittsleistung abhängt. Beim Bestimmen der Temperaturen
T und T1(Pm) stellt man fest, dass bei einer gegebenen
Durchschnittsleistung ausgehend vom Moment, in dem die Temperatur
T des Fluids den ersten Grenzwert T1 erreicht,
der erste Temperatur-Grenzwert T1 etwas
um eine Konstante T1f variiert.
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In 1 weist
der Kreislauf 2 einen ersten Zweig 8 auf, der
mit einem ersten elektronisch gesteuerten Betätigungsorgan 18 versehen
ist und in dem ein Wasser/Öl-Tauscher 13 angeordnet
ist. Vorzugsweise ist das erste Betätigungsorgan 18 vom Typ „alles
oder nichts". Die
Steuermittel 19 wirken mit den Erfassungsmitteln 22 zusammen,
um das Öffnen oder
Schließen
des ersten Betätigungsorgans 18 so zu
steuern, dass zum einen die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs
des Öls
zunimmt und zum anderen die Öltemperatur
um eine bestimmte Referenztemperatur Tr herum geregelt wird.
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Genauer
gesagt: Wenn die von den Erfassungsmitteln 22 ermittelte
Temperatur T des Kühlfluids
niedriger ist als der erste Temperatur-Grenzwert T1,
begrenzen die Steuermittel 19 die Zirkulation im ersten
Zweig 8 und stoppen sie vorzugsweise.
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Darüber hinaus
regeln die Steuermittel 19 die Öltemperatur um die Referenztemperatur
Tr herum, wenn die Temperatur T der Kühlflüssigkeit den zweiten Temperatur-Grenzwert
T2 übersteigt.
Die Referenztemperatur Tr des Öls
entspricht der optimalen Betriebstemperatur für das Öl. Die Referenztemperatur Tr,
die von der Ölart
abhängt,
liegt herkömmlicherweise
ungefähr
zwischen 120 und 140 Grad und beträgt vorzugsweise ungefähr 130 Grad.
Hierzu umfassen die Erfassungsmittel 22 Mittel zum Messen der
Temperatur des Schmieröls,
beispielsweise einen geeigneten Sensor.
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4 zeigt
ein Beispiel für
die Änderung
der Öltemperatur
Th in Abhängigkeit
von der Zeit t. Im gleichen Diagramm ist ein Rechtecksignal für den geöffneten
Zustand O und den geschlossenen Zustand F des Betätigungsorgans 18 des
ersten Zweigs 8 dargestellt. Die oberen Abschnitte des
Rechtecksignals stellen die Momente der Öffnung O des Betätigungsorgans 18 dar.
Die unteren Abschnitte des Rechtecksignals stellen die Momente des
Schließens
F des Betätigungsorgans 18 dar.
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So
sorgen die Steuermittel 19, wenn die Temperatur Th des Öls die Referenztemperatur
Tr um einen bestimmten Wert ΔTa übersteigt,
für das Öffnen des
Betätigungsorgans 18 und
damit die Zirkulation des Fluids im ersten Zweig 8. Dagegen schließen die
Steuermittel 19 das Betätigungsorgan 18 und
stoppen damit die Zirkulation des Fluids im ersten Zweig 8,
wenn die Öltemperatur
Th die Referenztemperatur Tr um einen Wert ΔTa unterschreitet. Die Temperaturdifferenziale ΔTa, die das Öffnen und Schließen F des
ersten Betätigungsorgans 18 auslösen, liegen
beispielsweise in der Größenordnung
von einem bis sechs Grad. Wie in 4 dargestellt,
entsprechen die Temperaturdifferenziale ΔTa vorzugsweise zwei Grad.
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Auf
diese Weise kann in Anbetracht der Temperaturverzögerung des
Systems die Öltemperatur Th
mit einer Toleranz von ungefähr
fünf Grad
in etwa auf der Referenztemperatur Tr gehalten werden. Selbstverständlich kann
die Öltemperatur
Th in einem größeren oder
kleineren Intervall gehalten werden. Hierzu genügt es, die Differenziale oder
Grenzwerte ΔTa
des Öffnens
und Schließens
des ersten Betätigungsorgans 18 um
die Referenztemperatur Tr zu verändern.
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Vorteilhafterweise
können
die Steuermittel 19, wenn die Temperatur T der Kühlflüssigkeit
zwischen dem ersten Temperatur-Grenzwert T1 und
dem zweiten Temperatur-Grenzwert T2 liegt,
das erste Betätigungsorgan 18 nur öffnen, wenn
die Temperatur der Flüssigkeit
die Öltemperatur
um einen zweiten bestimmen Wert ΔTb übersteigt.
Dieser zweite Wert ΔTb
kann beispielsweise ungefähr
zwischen 10 und 20 Grad liegen und beträgt vorzugsweise 15 Grad. Auf
diese Weise trägt
die Kühlflüssigkeit
dazu bei, den Temperaturanstieg des Öls zu beschleunigen.
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In 1 umfasst
der Kreislauf 2 einen zweiten Zweig 6, den so
genannten Entgasungszweig, der mit einem elektronisch gesteuerten
Betätigungsorgan 16 versehen
ist und in dem ein Entgasungsgehäuse 11 angeordnet
ist.
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Die
Steuermittel 19 regeln die Zirkulation des Kühlfluids
derart, dass die Menge an Fluid, die im zweiten Zweig 6 zirkuliert,
größer ist,
wenn die Temperatur T des Kühlfluids
den ersten Temperatur-Grenzwert
T1 übersteigt,
als wenn die Temperatur T des Fluids niedriger ist als der erste
Temperatur-Grenzwert T1.
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Darüber hinaus
regeln die Steuermittel 19 die Zirkulation des Fluids im
Entgasungszweig 6, damit die darin zirkulierende Fluidmenge
größer ist, wenn
die Temperatur T des Fluids den zweiten Temperatur-Grenzwert T2 übersteigt,
als wenn die Temperatur T des Fluids niedriger ist als der zweite
Temperatur-Grenzwert T2.
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Außerdem können die
Steuermittel 19, wenn die Temperatur T des Fluids zwischen
dem ersten Temperatur-Grenzwert T1 und dem
zweiten Temperatur-Grenzwert T2 liegt, die
Zirkulation des Fluids im Entgasungszweig 6 in Abhängigkeit
von der Temperatur T der Kühlflüssigkeit
regeln. Genauer gesagt, können
die Steuermittel 19 die Erhöhung der Menge an Kühlflüssigkeit,
die im Entgasungszweig 6 zirkuliert, steuern, wenn die
Temperatur T dieser Flüssigkeit
steigt. Das Betätigungsorgan 16 des
Entgasungszweigs 6 ist vorzugsweise von der Art „alles oder
nichts", das heißt mit vollständigem Öffnen und Schließen.
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Wie
in 5 dargestellt, befehlen die Steuermittel 19 das – vorzugsweise
vollständige – Öffnen des
zweiten Betätigungsorgans 16,
wenn die Temperatur T des Fluids höher ist als der zweite Temperatur-Grenzwert
T2.
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Darüber hinaus
können
die Steuermittel 19, wenn die Temperatur T der Kühlflüssigkeit
niedriger ist als der erste Temperatur-Grenzwert T1,
das Öffnen des
zweiten Betätigungsorgans 16 in
Abhängigkeit von
der vom Motor 1 gelieferten Durchschnittsleistung Pm befehlen.
Genauer gesagt, erhöhen
die Steuermittel 19 die Flüssigkeitsmenge, die für die Zirkulation
im Entgasungszweig 6 zugelassen ist, wenn die vom Motor 1 gelieferte
Durchschnittsleistung Pm steigt. Das Betätigungsorgan 16 des
Zweiges 6 wird beispielsweise von einem Rechtecksignal
gesteuert, das in Abhängigkeit
von der vom Motor 1 gelieferten Durchschnittsleistung Pm
variabel ist. Der obere Abschnitt des Signals steht für das Öffnen O
des Betätigungsorgans 16,
während
der untere Abschnitt für das
Schließen
F des Betätigungsorgans 16 steht.
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Wenn
sich der Motor in seinem kalten Zustand (T < T1) befindet,
kann das Rechtecksignal zum Steuern des Betätigungsorgans 16 periodisch
sein. Insbesondere kann die Öffnungszeit
To des Betätigungsorgans 16 konstant
sein, während
die Periode P des Signals in Abhängigkeit
von der Durchschnittsleistung Pm variieren kann. Das heißt, die
Schließzeiten
des Ventils 16 können – beispielsweise
linear – abnehmen,
wenn die Durchschnittsleistung Pm des Motors steigt.
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Wenn
sich der Motor 1 in seinem Zwischenzustand befindet (Temperatur
T des Fluids zwischen dem ersten Temperatur-Grenzwert T1 und
dem zweiten Temperatur-Grenzwert T2), steuern
die Steuermittel 19 das Öffnen des Betätigungsorgans 16 nach einem
Rechtecksignal, das in Abhängigkeit
von der Temperatur T der Kühlflüssigkeit
variabel ist. Insbesondere kann die Öffnungszeit To des Betätigungsorgans 16 konstant
sein, während
die Periode P des Signals abnehmen kann, wenn die Temperatur T der Kühlflüssigkeit
steigt.
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Wie
in 6 dargestellt, kann die Periode P des Rechtecksignals
zwischen T1 und T2 umgekehrt proportional
zur Temperatur T der Flüssigkeit
sein. Wenn sich die Temperatur T der Flüssigkeit an den zweiten Temperatur-Grenzwert
T2 annähert,
kann die Gerade, die für
die Entwicklung der Periode P steht, außerdem einen Sprung aufweisen,
sodass die Periode P konstant und gleich der Öffnungszeit To bleibt. Das
heißt
wenn die Temperatur T der Flüssigkeit
beispielsweise den zweiten Temperatur-Grenzwert T2 minus
ungefähr
fünf Grad
erreicht, folgt auf die fallende Gerade für die Periode P ein horizontaler
konstanter Abschnitt.
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Die Öffnungszeit
To des Betätigungsorgans 16 kann
in der Größenordnung
von einigen Sekunden und beispielsweise von fünf Sekunden liegen. Die Periode
des Steuersignals des Betätigungsorgans 16 kann
beispielsweise zwischen 5 und 50 Sekunden variieren.
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Selbstverständlich kann
jedes andere geeignete Signal verwendet werden, um das zweite Betätigungsorgan 16 zu
steuern. Beispielsweise ist es wie zuvor möglich, die Öffnungszeit To des Ventils
zusätzlich
oder anstelle der Schließzeit
zu variieren.
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Wie
in 1 gezeigt, umfasst der Kreislauf 2 einen
dritten Zweig 5, der mit einem elektronisch gesteuerten
Betätigungsorgan 15 verse hen
und Mitteln 10 zugeordnet ist, die einen direkten Fluidrückfluss oder
einen Bypass bilden. Die Steuermittel 19 können die
Zirkulation des Kühlfluids
im Bypass-Zweig 5 in Abhängigkeit von der Temperatur
T des Fluids regeln. Insbesondere steigt die zulässige Menge an zirkulierendem
Fluid im Bypass-Zweig 5, wenn die Temperatur des Fluids
vom ersten Temperatur-Grenzwert T1 zum zweiten
Temperatur-Grenzwert T2 steigt. Vorzugsweise
ist das elektronisch gesteuerte Betätigungsorgan 15 des
Bypass-Zweigs 5 proportional.
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Wie
in 7 dargestellt, können die Steuermittel 19,
wenn die Temperatur T des Fluids niedriger ist als der erste Temperatur-Grenzwert T1, die Zirkulation des Fluids im Bypass-Zweig 5 auf
eine bestimmte Leckrate begrenzen. Das heißt das Betätigungsorgan 15 des
Bypass-Zweigs 5 ist teilweise geöffnet Of. Beispielsweise kann
die teilweise Öffnung Of
des Betätigungsorgans 15 für eine Leckrate
im Bypass-Zweig 5 zwischen ungefähr 1/50 bis 1/5 des maximalen
Durchsatzes im Zweig 5 sorgen.
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Wenn
die Temperatur des Fluids höher
ist als der zweite Temperatur-Grenzwert
T2, befehlen die Steuermittel 19 zumindest
vorübergehend
das vollständige Öffnen O
des Bypass-Betätigungsorgans 15 (7).
Darüber
hinaus kann der Öffnungsgrad des
Betätigungsorgans 15 zumindest
vorübergehend proportional
zur Temperatur T des Kühlfluids
sein, wenn die Temperatur des Fluids zwischen dem ersten Temperatur-Grenzwert
T1 und dem zweiten Temperatur-Grenzwert
T2 liegt. Genauer gesagt, nimmt die Öffnung des
Bypass-Betätigungsorgans 15 zwischen
T1 und T2 zu, wenn
die Temperatur T des Fluids steigt, und sinkt, wenn die Temperatur
T des Fluids sinkt. Die Änderung
der Öffnung
des Betätigungsorgans 15 kann
proportional zur Temperatur T des Fluids sein.
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Vorteilhafterweise
kann die Kurve für
die Öffnung
des Betätigungsorgans 15 in
Abhängigkeit
von der Temperatur T des Fluids eine Hysterese H aufweisen. Das
heißt
die Zunahme der Öffnung
des Betätigungsorgans 15 beginnt,
nachdem die Temperatur T der Flüssigkeit
die erste Referenztemperatur T1 um einen
ersten bestimmten Wert E überschritten hat.
Ebenso beginnt die Verringerung der Öffnung des Betätigungsorgans 15,
nachdem die Temperatur T der Flüssigkeit
um einen ersten bestimmten Wert E unter die zweite Referenztemperatur
gesunken ist. Das heißt
das Öffnen
und Schließen
des Betätigungsorgans 15 finden
gegenüber
den Temperatur-Grenzwerten T1 und T2 versetzt statt. Die Werte E der Verschiebungen
liegen beispielsweise in der Größenordnung
von fünf
Grad.
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In 1 umfasst
der Kreislauf einen vierten Zweig 4, der mit einem elektronisch
gesteuerten Betätigungsorgan 14 und
Mitteln 9 versehen ist, die ein Heizgerät bilden. Die Heizmittel 9 können mit
einem Lüftersatz 30 gekoppelt
sein, der ebenfalls von den Steuermitteln 19 gesteuert
werden kann. Das Betätigungsorgan 14 des
vierten Zweigs 4 ist proportional.
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Vorteilhafterweise
können
die Steuermittel 19 das Betätigungsorgan 15 des
Bypass-Zweigs in Abhängigkeit
vom Öffnen
und Schließen
des Betätigungsorgans 14 des
Heizmittelzweigs 4 steuern, wenn die Temperatur T des Fluids
den zweiten Temperatur-Grenzwert T2 übersteigt.
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8 zeigt
den Öffnungsgrad
%O der Betätigungsorgane 15, 14 der
dritten und vierten Zweige 5, 4 in Abhängigkeit
von der Temperatur T der Kühlflüssigkeit.
Wie in 8 dargestellt, können die Steuermittel 19 das
Betätigungsorgan 15 des
Bypass-Zweigs 5 schließen
F, wenn das Betätigungsorgan 14 des
Heizmittelzweigs 4 geöffnet
O ist.
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Ebenso
ist das Betätigungsorgan 15 des
Bypass-Zweigs 5 geöffnet
O, wenn das Betätigungsorgan 14 des
Heizmittelzweigs 4 geschlossen F ist. Vorzugsweise ist
die Öffnung
des Betätigungsorgans 15 des
Bypass-Zweigs 5 umgekehrt proportional zur Öffnung des
Betätigungsorgans 14 des
Heizmittelzweigs 4.
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Darüber hinaus
können
das Schließen
und Öffnen
des Betätigungsorgans 15 des
Bypass-Zweigs 5 mit einer bestimmten Verschiebung um die
Temperatur R gegenüber
dem Öffnen
und Schließen
des Betätigungsorgans 14 des
Heizmittelzweigs 4 stattfinden. Die Verschiebung R kann
in der Größenordnung
von einigen Grad, beispielsweise fünf Grad, betragen.
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Wie
in 9 dargestellt, können die Steuermittel 19 die
Lüftermittel 30 in
Abhängigkeit
von der Temperatur der Kühlflüssigkeit
steuern. Genauer gesagt, kann die Rotationsgeschwindigkeit der Lüftermittel 30 steigen,
wenn die Temperatur T der Kühlflüssigkeit
zunimmt.
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Vorzugsweise
nimmt die Rotationsgeschwindigkeit V der Lüftermittel 30 proportional
zur Geschwindigkeit der Änderung
der Temperatur der Kühlflüssigkeit
dT/dt zu.
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9 zeigt
zwei Beispiele von Geraden d1 und d2 für die Rotationsgeschwindigkeit
des Lüftersatzes
in Abhängigkeit
von der Temperatur T der Flüssigkeit.
Die beiden Geraden d1 und d2 haben unterschiedliche Neigungen, die
jeweils für
eine Änderungsgeschwindigkeit
dT/dt der Temperatur T der Kühlflüssigkeit
stehen. Die Änderungsgeschwindigkeit
dT/dt der Temperatur T der Kühlflüssigkeit
kann von den Steuermitteln 19 berechnet werden.
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Der
in 1 dargestellte Kühlkreislauf 2 umfasst
auch einen fünften
Zweig 7, der mit einem elektronisch gesteuerten Betätigungsorgan 17 versehen ist
und in dem die Heizmittel 12 für den Fahrgastraum angeordnet
sind. Herkömmlicherweise
können
die Heizmittel 17 so ausgebildet sein, dass sie den Fahrgastraum
auf eine erste, vom Benutzer des Fahrzeugs bestimmte Solltemperatur
Tc erwärmen.
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Die
Steuermittel 20 wirken mit den Erfassungsmitteln 22 zusammen,
um die außerhalb
des Fahrzeugs vorliegende Temperatur Te zu erfassen. Wenn die Außentemperatur
Te niedriger ist als die erste Solltemperatur Tc, können die
Steuermittel 20 das Betätigungsorgan
des Heizzweigs 7 öffnen. Ebenso
können
die Steuermittel 20 das Betätigungsorgan des Heizzweigs 7 schließen, wenn
die Außentemperatur
Te höher
ist als der erste Temperatur-Sollwert Tc.
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Ebenso
können
die Heizmittel 12 eine Funktion der Klimatisierung des
Fahrgastraums auf eine zweite Solltemperatur Tr aufweisen. Wenn
die Außentemperatur
Te niedriger ist als der zweite Temperatur-Sollwert Tr, können die
Steuermittel 20 das Betätigungsorgan
des Heizzweigs 7 öffnen.
Ebenso können
die Steuermittel 20 das Betätigungsorgan des Heizzweigs 7 schließen, wenn
die Außentemperatur
Te höher
ist als der zweite Temperatur-Sollwert Tr.
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Der
fünfte
Zweig 7 kann zusätzliche
Heizmittel 160 und/oder Mittel 150 zum Rückführen der
Abgase des Motors 1 zum Einlass aufweisen. Herkömmlicherweise
erlauben die Mittel 150 zum Rückführen zumindest eines Teils
der Abgase des Motors 1 zum Einlass („Exhaust Gaz Recycling EGR"), die Temperatur
der Verbrennungsgase des Motors für eine Behandlung im Sinne
des Umweltschutzes zu kontrollieren.
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Schließlich weist
der in 1 dargestellte Kreislauf 2 einen sechsten
Zweig 44 auf, in dem Mittel 140 zum Erhitzen der
Einlassluft des Motors 1 angeordnet sind. Der sechste Zweig 44 ist
ebenfalls mit einem elektronisch gesteuerten Betätigungsorgan 29 versehen,
das von den Steuermitteln 19 gesteuert wird.
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2 zeigt
eine Ausführungsvariante
der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung.
Die in 2 dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich
dadurch von der in 1, dass die Heizmittel 12 und
die Heizmittel 160 in einem siebten Zweig 45 angeordnet
sind, der sich vom sechsten Zweig 7 unterscheidet, in dem sich
die Mittel 150 zum Rückführen der
Abgase (EGR) befinden. Darüber
hinaus besitzt der siebte Zweig 45 kein elektronisch gesteuertes
Betätigungsorgan.
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Selbstverständlich ist
die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele
der 1 und 2 beschränkt. Denn die Kühlvorrichtung
kann auch nur einen Teil der oben beschriebenen Wärmeeinrichtungen 9, 10, 11, 12, 13, 140, 150, 16 und/oder
der Zweige 4, 5, 6, 7, 8, 44, 45 umfassen.
Außerdem
können einer
oder mehrere der Zweige 4, 5, 6, 7, 8, 44, 45 ohne
elektronisch gesteuertes Betätigungsorgan
gestaltet sein.
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Vorteilhafterweise
sind die Informationserfassungs-Mittel 22 so ausgebildet,
dass sie gegebenenfalls ein Versagen von mindestens einem der elektronisch
gesteuerten Betätigungsorgane
feststellen. Auf diese Weise können
die Steuermittel 19 für die
freie Zirkulation des Fluids zumindest in bestimmten Zweigen – und vorzugsweise
in allen Zweigen – sorgen,
wenn mindestens ein Versagen eines Betätigungsorgans festgestellt
wird, und zwar unabhängig von
der Temperatur des Fluids. Das heißt wenn ein Versagen des Systems
festgestellt wird, sind alle Ventile des Kreislaufs 2 geöffnet.
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Es
wurde deutlich, dass die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung einfach aufgebaut
ist und es dennoch erlaubt, den Wärmeaustausch in Echtzeit und auf
optimale Weise zu steuern.