DE60123587T2

DE60123587T2 - Verfahren und einrichtung zur kühlung einer brennkraftmaschine eines kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE60123587T2
Application number: DE60123587T
Authority: DE
Inventors: Armel Le Lievre; Ludovic Tomasseli
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2001-01-25
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2021-01-26
Also published as: FR2806444B1; FR2806444A1; US20030196612A1; WO2001069056A1; DE60123587D1; EP1264086B1; US6880495B2; JP4606683B2; JP2003528241A; ES2273806T3; EP1264086A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen eines Kraftfahrzeug-Motors.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Kühlvorrichtung mit einem Hydraulikkreis für ein flüssiges Kühlmittel, zu dem eine Umlaufpumpe gehört, die das Kühlmittel durch den Motor des Fahrzeugs und verschiedene Zweige des Kreises pumpt. In den verschiedenen Zweigen des Kreises können thermische Anlagen des Fahrzeugs angeordnet sein.
Kühlsysteme sorgen dafür, dass die Motoren den thermomechanischen Belastungen durch die Verbrennung standhalten. Neben der Hauptaufgabe der Kühlung des Motors können sie zusätzliche Funktionen übernehmen, um den globalen Wirkungsgrad zu verbessern oder den Benutzern des Fahrzeugs Leistungen wie beispielsweise das Heizen des Fahrgastraums zu bieten.
Kühlsysteme sind nur für die Betriebspunkte bei maximaler Drehzahl und bei Volllast des Motors ausgelegt und damit für die meisten Fälle der Verwendung der Fahrzeuge überdimensioniert.
Somit werden die Funktionsparameter des Motors nicht optimiert und seine Leistungen verschlechtern sich, was sich in einem erhöhten Verbrauch, hohen Schadstoffemissionen sowie einer Verringerung des thermischen und akustischen Komforts des Fahrzeugs niederschlägt.
Die FR-A-2 456 838 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen eines Kraftfahrzeug-Motors mit einem Hydraulikkreis für ein flüssiges Kühlmittel, der mit einer Umlaufpumpe 2 verbunden ist, die das Kühlmittel durch den Motor des Fahrzeugs und verschiedene Zweige des Kreises pumpt, in denen thermische Anlagen des Fahrzeugs angeordnet sind, wobei zumindest einige der Zweige des Kreises mit elektronisch gesteuerten Wirkgliedern zum Regeln der Zirkulation des Fluids in ihnen versehen sind und die Vorrichtung Mittel zum Erfassen von Informationen über die Betriebsbedingungen des Fahrzeugs aufweist, die mit Mitteln zum elektronischen Steuern der Funktionsweise der Wirkglieder verbunden sind, um das Volumen und den Durchsatz an Fluid zu steuern, das im Hydraulikkreis zirkuliert, und so die Funktionsweise des Motors zu optimieren, wobei der Kreis einen Zweig 8 aufweist, der mit einem gesteuerten Wirkglied 6 und Radiatormitteln 3 versehen ist, wobei die Informationserfassungsmittel die Temperatur der Kühlflüssigkeit bestimmen können, sodass wenn die Fluidtemperatur eine bestimmte Grenztemperatur von 95 °C übersteigt, ab der der Motor als „heiß" bezeichnet wird, die Steuermittel den Durchsatz im Radiatorzweig so regeln, dass die Temperatur der Kühlflüssigkeit um einen bestimmten Einstellwert von 95 ° herum gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Wirkglied des Radiatorzweigs aus einem elektronisch steuerbaren Thermostatventil besteht und dass die Kurve der Öffnung des Thermostatventils 6 in Abhängigkeit von der Temperatur der Kühlflüssigkeit (5) eine Hysterese um die Einstelltemperatur herum aufweist, sodass die Temperatur der Kühlflüssigkeit auf die Einstelltemperatur geregelt wird.
Die EP 557113 beschreibt ein System zum Kühlen eines Motors mit einer Schleife für eine Kühlflüssigkeit, die mit einem Radiator verbunden ist, und Mitteln zum Regeln des Flüssigkeitsdurchsatzes in der Schleife. Die Mittel zum Regeln des Durchsatzes arbeiten abhängig von den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs, die insbesondere mithilfe von Sensoren für die Temperatur der Flüssigkeit ermittelt werden, welche an verschiedenen Stellen der Schleife angeordnet sind. Der Durchsatz an Kühlflüssigkeit in der Radiatorschleife wird insbesondere kontrolliert, um die Temperatur der Flüssigkeit am Ausgang und am Eingang des Motors auf die betreffenden Einstellwerte zu regeln.
Dieses System ist jedoch komplex aufgebaut und verwendet eine Vielzahl an gemessenen Zustandsgrößen, ohne deshalb die Wärmetausche mit der Kühlflüssigkeit zu optimieren.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Kühlen eines Kraftfahrzeug-Motors vorzuschlagen, das alle oder einen Teil der oben erwähnten Nachteile des Stands der Technik behebt.
Dieses Ziel wird durch ein Verfahren zum Kühlen eines Kraftfahrzeug-Motors erreicht, das darin besteht, das Volumen und den Durchsatz eines flüssigen Kühlmittels in einem Hydraulikkreis (2) zu regeln, der mit einem Zweig (4) mit einem elektronisch gesteuerten Wirkglied (14) und mit Mitteln (9), die einen Radiator bilden, versehen ist, wobei das Verfahren einen ersten Schritt umfasst, in dem die Temperatur (T) des Kühlfluids bestimmt wird, sowie einen Schritt, in dem diese Temperatur mit einer bestimmten Grenztemperatur (T2) verglichen wird, ab der der Motor (1) als „heiß" bezeichnet wird, wobei, wenn die Temperatur (T) des Fluids höher ist als die Grenztemperatur (T2), der Durchsatz im Radiatorzweig (4) so geregelt wird, dass die Temperatur (T) der Kühlflüssigkeit um einen bestimmten Einstellwert (Tc) herum gehalten wird, wobei die Kurve der Öffnung (O) des thermostatischen Ventils (4) in Abhängigkeit von der Temperatur (T) des Kühlfluids eine Hysterese (h1, h2) um die Einstelltemperatur (Tc1, Tc2) herum aufweist, sodass die Temperatur (T) der Kühlflüssigkeit auf die Einstelltemperatur (Tc1, Tc2) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (Ta) der Einlassluft des Motors (1) bestimmt und der Durchsatz im Zweig (4) erhöht wird, wenn die Temperatur (Ta) der Einlassluft des Motors (1) einen bestimmten ersten Grenzwert (S1) überschreitet.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Kühlen eines Kraftfahrzeug-Motors vorzuschlagen, die alle oder einen Teil der oben erwähnten Nachteile des Stands der Technik behebt.
Dieses Ziel wird erreicht durch eine Vorrichtung zum Kühlen eines Kraftfahrzeug-Motors mit einem Hydraulikkreis (2) für flüssiges Kühlmittel mit einer Umlaufpumpe (3), die dieses durch den Motor (1) des Fahrzeugs und verschiedene Zweige (4, 5, 6, 7, 8, 44) des Kreises pumpt, in denen thermische Anlagen (9, 10, 11, 12, 13, 140, 150, 160) des Fahrzeugs angeordnet sind, wobei zumindest bestimmte Zweige (4, 5, 6, 7, 8, 44) des Kreises (2) mit elektronisch gesteuerten Wirkgliedern (14, 15, 16, 17, 18, 29) zum Regeln der Zirkulation des Fluids ausgestattet sind, wobei die Vorrichtung Mittel (22) zum Erfassen von Informationen über die Betriebsbedingungen des Fahrzeugs umfasst, die mit Mitteln (19) zum Steuern der Funktionsweise der Wirkglieder (14, 15, 16, 17, 18, 29) verbunden sind, um das Volumen und den Durchsatz an Fluid, das im Hydraulikkreis (2) zirkuliert, so zu regeln, dass die Funktionsweise des Motors (1) optimiert wird, wobei der Kreis (2) einen Zweig (4) aufweist, der mit einem elektronisch gesteuerten Wirkglied (14) und Mitteln (9), die einen Radiator bilden, versehen ist, wobei die Informationserfassungsmittel (22) die Temperatur (T) des Kühlfluids ermitteln können, sodass wenn die Temperatur (T) des Fluids einen bestimmten Grenzwert (T2) übersteigt, ab dem der Motor (1) als „heiß" bezeichnet wird, die Steuermittel (19) den Durchsatz im Radiatorzweig (4) derart steuern, dass die Temperatur (T) der Kühlflüssigkeit um einen bestimmten Einstellwert (Tc) herum gehalten wird, wobei das Wirkglied (14) des Radiatorzweigs (4) aus einem elektronisch steuerbaren Thermostatventil be steht und wobei die Kurve der Öffnung (O) des thermostatischen Ventils (4) in Abhängigkeit von der Temperatur (T) des Kühlfluids eine Hysterese (h1, h2) um die Einstelltemperatur (Tc1, Tc2) aufweist, sodass die Temperatur (T) der Kühlflüssigkeit auf die Einstelltemperatur (Tc1, Tc2) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (19) mit den Informationserfassungsmitteln (22) zusammenwirken, um die Temperatur (Ta) der Einlassluft des Motors (1) zu ermitteln, sodass der Durchsatz im Zweig (4) erhöht wird, wenn die Temperatur (Ta) der Einlassluft des Motors (1) einen bestimmten ersten Grenzwert (S1) überschreitet.
Darüber hinaus kann die Erfindung eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:

– Die Einstelltemperatur liegt zwischen ungefähr 60 und 120 Grad.
– Die Steuermittel wirken mit den Informationserfassungsmitteln zusammen, um die Temperatur der Einlassluft des Motors zu bestimmen und den Durchsatz im Zweig zu erhöhen, wenn die Temperatur der Einlassluft des Motors über einen bestimmten ersten Grenzwert steigt.
– Die Steuermittel wirken mit den Informationserfassungsmitteln zusammen, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu bestimmen, sodass der Durchsatz im Zweig erhöht wird, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs einen bestimmten ersten Grenzwert überschreitet.
– Die Steuermittel erhöhen den Durchsatz im Radiatorzweig, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs steigt, sodass für einen maximalen Durchsatz im Zweig gesorgt ist, wenn die Geschwindig keit des Fahrzeugs einen bestimmten zweiten Grenzwert erreicht.
– Die Vorrichtung weist Lüftermittel oder einen Lüftersatz auf, die mit den Radiatormitteln zusammenwirken können, wobei die Steuermittel die Lüftermittel in Abhängigkeit von der Temperatur der Kühlflüssigkeit so steuern, dass die Drehgeschwindigkeit der Lüftermittel zunimmt, wenn die Temperatur des Kühlfluids steigt.
– Die Zunahme der Drehgeschwindigkeit der Lüftermittel wird in Abhängigkeit von der Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur der Kühlflüssigkeit gesteuert.
– Die Drehgeschwindigkeit der Lüftermittel in Abhängigkeit von der Temperatur der Kühlflüssigkeit beschreibt eine Gerade, deren Steigung proportional zur Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur der Kühlflüssigkeit ist.
– Die Lüftermittel werden in Gang gesetzt, wenn die Temperatur des Kühlfluids höher ist als die Einstelltemperatur und der Durchsatz der Kühlflüssigkeit im Radiatorzweig im Wesentlichen maximal ist.
– Die Steuermittel wirken mit den Informationserfassungsmitteln zusammen, um die Temperatur der Luft unter der Motorhaube des Fahrzeugs zu ermitteln, sodass die Lüftermittel in Gang gesetzt werden, wenn die Temperatur der Luft unter der Motorhaube einen bestimmten Grenzwert der Temperatur der Flüssigkeit übersteigt.

Weitere Besonderheiten und Vorteile werden bei der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung deutlich, die auf die Zeichnungen Bezug nimmt.
1 zeigt schematisch den Aufbau und die Funktionsweise eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung.
2 zeigt in einem Diagramm ein Beispiel für die Änderung der Temperatur T der Kühlflüssigkeit und einer ersten Grenztemperatur T₁ über die Zeit t.
3 zeigt die Änderung einer Einstelltemperatur Tc in Abhängigkeit vom Drehmoment C des Motors des Fahrzeugs bei konstanter Motordrehzahl.
4 zeigt die Änderung des Öffnungsgrads des Radiatorventils in Abhängigkeit von der Temperatur T des Kühlfluids.
5 zeigt ein Beispiel für die Änderung des elektrischen Impulses I zum Steuern des Radiatorventils in Abhängigkeit von der Temperatur der Einlassluft Ta des Motors bei konstantem Drehmoment und konstanter Drehzahl und Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
6 zeigt den Öffnungszustand eines Bypass-Ventils in Abhängigkeit von der Temperatur T der Kühlflüssigkeit.
7 zeigt schematisch ein Beispiel für die Kopplung der Öffnung des Bypass-Ventils an die Öffnung des Radiatorventils.
8 zeigt zwei Beispiele für die Änderung der Drehgeschwindigkeit eines Lüftersatzes in Abhängigkeit von der Änderung der Temperatur T der Kühlflüssigkeit.
1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung. Die Kühlvorrichtung umfasst einen Hydraulikkreis 2, der ein flüssiges Kühlmittel enthält.
Der Kreis 2 ist mit einer hydraulischen Pumpe 3 verbunden, die für die Zirkulation des Fluids durch den Motor 1 und verschiedene Zweige 4, 5, 6, 7, 8, 44 des Kreises 2 sorgt. Vorzugsweise ist die Pumpe 3 eine mechanische Pumpe, aber auch die Verwendung einer elektrischen Pumpe kann in Betracht gezogen werden.
Die Zweige 4, 5, 6, 7, 8, 44 des Kreises 2 werden von einem Gehäuse 122 oder einem Wasserausgangsgehäuse (BSE) mit Kühlflüssigkeit versorgt. Das am Motor 1 und vorzugsweise am Zylinderkopf befestigte Gehäuse 122 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 den Motor 1 durchläuft.
Vorteilhafterweise sind zumindest einige der Zweige 4, 5, 6, 7, 8, 44 des Kreises 2 mit elektronisch gesteuerten Wirkgliedern 14, 15, 16, 17, 18, 29 zum Regeln der Zirkulation des Fluids versehen. Die elektronisch gesteuerten Wirkglieder können beispielsweise Elektroventile oder elektrisch gesteuerte Thermostatventile, also gesteuerte Thermostate sein. 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 mindestens eines Teils der Wirkglieder 14, 15, 16, 17, 18, 29 verbunden, um das Volumen und den Durchsatz an Fluid im Hydraulikkreis 2 so zu regeln, dass die Funktionsweise des Motors optimiert wird.
Die Steuermittel 19 oder die Datenverarbeitungseinheit können einen beliebigen geeigneten Rechner 20 aufweisen, beispielsweise eine zentrale Steuereinheit namens „Boîtier de Servitude Intelligent" (BSI). Der Rechner 20 ist mit einer Datenspeichereinrichtung 21 verbunden, die beispielsweise einen programmierbaren Speicher und/oder einen Nur-Lese-Speicher umfasst. Der Rechner 20 ist außerdem mit Mitteln 22 zum Erfassen von Informationen über die Betriebsbedingungen des Fahrzeugs verbunden, die beispielsweise verschiedene Sensoren oder andere Rechner umfassen, etwa einen Rechner zum Steuern des Motors.
Vorzugsweise können die Informationserfassungsmittel 22 mindestens einen der folgenden Parameter bestimmen: die Drehzahl des Motors, das Drehmoment des Motors, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, die Temperatur des Motor-Schmieröls, die Temperatur der Kühlflüssigkeit des Motors, die Temperatur der Abgase des Motors, die Temperatur der Außenluft des Fahrzeugs und die Temperatur im Fahrgastraum. Die verschiedenen Informationen über die Betriebsbedingungen des Fahrzeugs werden vom Rechner 20 verarbeitet und analysiert, um die Funktionsweise der Wirkglieder 14, 15, 16, 17, 18, 29 und eventuell der Pumpe 3 zu steuern.
Erfindungsgemäß hängt der Durchsatz oder das Volumen an Kühlflüssigkeit, die in den verschiedenen Zweigen 4, 5, 6, 7, 8, 44 des Kreises 2 zirkulieren darf oder nicht, vom Erhitzungszustand des Motors 1 ab. Beispielsweise lassen sich drei Zustände des Motors 1 definieren: ein erster Zustand, in dem der Motor als „kalt" bezeichnet wird, ein zweiter Zustand, in dem der Motor 1 als „heiß" bezeichnet wird, und ein dritter Zustand, der zwischen dem heißen und dem kalten Zustand liegt.
Vorzugsweise wird der Wärmezustand des Motors 1 anhand der Temperatur T der Kühlflüssigkeit, insbesondere am Ausgang des Motors 1 ermittelt. So wird der Zustand des Motors 1 als kalt bezeichnet, wenn die Temperatur der Kühlflüssigkeit unter einer bestimmten ersten Grenztemperatur T₁ liegt. Dagegen wird der Zustand des Motors 1 als heiß bezeichnet, wenn die Temperatur T der Kühlflüssigkeit höher ist als eine bestimmte zweite Grenztemperatur T₂. Von einem „Zwischenzustand" des Motors 1 schließlich wird ausgegangen, wenn die Temperatur der Kühlflüssigkeit zwischen der ersten Grenztemperatur T₁ und der zweiten Grenztemperatur T₂ liegt.
Die erste Grenztemperatur T₁ und/oder die zweite Grenztemperatur T₂ können abhängig vom Typ des Motors 1 bestimmte feste oder variable Werte sein. Vorzugsweise sind die erste Grenztemperatur T₁ und/oder die zweite Grenztemperatur T₂ Variable, die vom Typ des Motors 1 und von mindestens einem der Betriebsparameter des Motors 1 abhängen. Beispielsweise hängen die erste Grenztemperatur T₁ und/oder die zweite Grenztemperatur T₂ von der vom Motor 1 gelieferten Durchschnittsleistung Pm ab. Die Steuermittel 19 wirken also mit den Erfassungsmitteln 22 zusammen, um die momentane Durchschnittsleistung Pm des Motors 1 zu berechnen.
Die Steuermittel 19 berechnen dann die erste Grenztemperatur T₁ und/oder die zweite Grenztemperatur T₂ in Abhängigkeit von der momentanen Durchschnittsleistung Pm und einer bestimmten Modellierung des Motors 1. Die Modellierung des Motors legt den kalten, den heißen und den Zwischenzustand (erste Grenztemperatur T₁ und zweite Grenztemperatur T₂) abhängig von seiner Durchschnittsleistung Pm fest.
Die folgende Gleichung ergibt die vom Motor zum Zeitpunkt t gelieferte Momentanleistung P(t) in Kilowatt (kW):
wobei N der momentanen Drehzahl des Motors in Umdrehungen pro Minute und C dem momentanen Drehmoment des Motors in N·m entsprechen. Die Werte der Drehzahl N und des Drehmoments C können von den Datenerfassungsmitteln 22 gemessen werden, das heißt von geeigneten Sensoren. Herkömmlicherweise beträgt die Drehzahl N des Motors ungefähr zwischen 0 und 6000 Umdrehungen pro Minute, während das Drehmoment C zwischen ungefähr 0 und 350 N·m liegt.
Die Steuermittel 19 berechnen dann die vom Motor zum Zeitpunkt t gelieferte Leistung P(t) und seine Durchschnittsleistung Pm(t) zum Zeitpunkt t. Die Durchschnittsleistung Pm(t) zum Zeitpunkt t kann mit der folgenden Gleichung berechnet werden:
wobei Pm(t-1) die Durchschnittsleistung zum Zeitpunkt (t-1) ist. Natürlich kann die Durchschnittsleistung auch durch eine beliebige gleichwertige Formel berechnet werden, zum Beispiel durch
wobei Pm(t-1) die Durchschnittsleistung zum Zeitpunkt (t-1), P(t) die momentane Leistung zum Zeitpunkt t und c und k Gewichtungskoeffizienten sind.
Der Rechner 19 und/oder die Datenspeichereinrichtung 21 können die Modellierung der Funktionsweise des Motors 1 enthalten, die seinen kalten, heißen und Zwischenzustand (erster Grenzwert T₁ und zweiter Grenzwert T₂) abhängig von der Durchschnittsleistung Pm festlegt. Das bedeutet, dass für einen gegebenen Motortyp empirisch und/oder durch Berechnung Entsprechungstabellen erstellt werden, die die Grenztemperaturen T₁ und T₂ in Abhängigkeit von der Durchschnittsleistung Pm des Motors 1 angeben. Diese vom Motor abhängigen Tabellen oder Modellierungen sind beispielsweise polynomische Funktionen. Die erste Grenztemperatur T₁ ist so im Allgemeinen eine fallende Funktion der Durchschnittsleistung.
Die erste Grenztemperatur T₁ kann zwischen ungefähr 20 und 60 Grad und vorzugsweise zwischen 30 und 50 Grad variieren. Die zweite Grenztemperatur T₂ kann zwischen ungefähr 60 und 100 Grad variieren. Die zweite Grenztemperatur T₂ ist jedoch im Allgemeinen im Wesentlichen um den Wert von 80 Grad konstant.
So wirken die Steuermittel 19 mit den Datenerfassungsmitteln 22 zusammen, um die Temperatur T der Kühlflüssigkeit mit den beiden Grenztemperaturen T₁ und T₂ zu vergleichen.
Aus Gründen der Einfachheit kann der Wert der ersten Grenztemperatur T₁ von den Steuermitteln 19 beibehalten werden, sobald die gemessene Temperatur T der Kühlflüssigkeit die erste Grenztemperatur T₁ erreicht. 3 zeigt in einem Diagramm ein Beispiel für die Änderung über die Zeit t sowohl der Temperatur T der Kühlflüssigkeit als auch der ersten Grenztemperatur T₁(Pm), die von der Durchschnittsleistung abhängt. Beim Bestimmen der Temperaturen T und T₁(Pm) stellt man fest, dass bei einer gegebenen Durchschnittsleistung ab dem Moment, wo die Temperatur T des Fluids den ersten Grenzwert T₁ erreicht, dieser erste Grenzwert T₁ nur wenig um eine Konstante T₁f variiert.
In 1 umfasst der Kreis einen Zweig 4 mit einem elektronisch gesteuerten Wirkglied 14 und Radiatormitteln 9. Die Radiatormittel 9 können mit einem Lüftersatz 30 gekoppelt sein, der ebenfalls von den Steuermitteln 19 gesteuert sein kann.
Erfindungsgemäß bestimmen die Informationserfassungsmittel 22 die Temperatur T der Kühlfluids, sodass wenn diese die zweite Grenztemperatur T₂ übersteigt, die Steuermittel 19 den Durchsatz im Radiatorzweig 4 so regeln, dass die Temperatur T der Kühlflüssigkeit um einen bestimmten Einstellwert Tc herum gehalten wird.
Die Einstelltemperatur Tc ist die Temperatur der Kühlflüssigkeit, die für einen optimalen Betrieb des Motors 1 sorgt. Diese Einstelltemperatur Tc wird beispielsweise von einer Modellierung des betreffenden Motors festgelegt. Die Einstelltemperatur Tc liegt beispielsweise zwischen 60 und 120 Grad und vorzugsweise zwischen ungefähr 80 und 100 Grad.
Vorzugsweise wirken die Steuermittel 19 mit den Informationserfassungsmitteln 22 zusammen, um die Einstelltemperatur Tc in Abhängigkeit von der Drehzahl N und/oder vom Drehmoment C des Motors 1 zu bestimmen.
Vorzugsweise nimmt die Einstelltemperatur Tc ab, wenn das Drehmoment C des Motors 1 zunimmt. Ebenso nimmt die Einstelltemperatur Tc ab, wenn die Drehzahl N des Motors 1 steigt.
3 zeigt ein Beispiel einer Kurve der Änderung der Einstelltemperatur Tc in Abhängigkeit vom Drehmoment C des Motors bei konstanter Drehzahl N. Die Einstelltemperatur Tc beschreibt im Wesentlichen einen Kurvenabschnitt vom Typ Tc = A1 + (A2/Cⁿ), wobei Tc die Einstelltemperatur, A1 und A2 Konstanten, C das Drehmoment und n eine ganze Zahl größer oder gleich eins sind. Genauer gesagt entspricht die Einstelltemperatur Tc im Wesentlichen 100 Grad bei einer maximalen Drehzahl Nmax, wenn das Drehmoment C kleiner oder gleich der Hälfte des maximalen Drehmoments ist. Wenn das Drehmoment C in Richtung des maximalen Drehmoments geht, geht die Einstelltemperatur Tc gegen 80 Grad.
In gleicher Weise kann die Kurve der Änderung der Einstelltemperatur Tc in Abhängigkeit vom Drehmoment C bei konstanter Drehzahl N eine ähnliche allgemeine Form aufweisen wie die Kurve von 3.
Das Wirkglied 14 des Radiatorzweigs 4 kann aus einem elektronisch steuerbaren Thermostatventil bestehen. Herkömmlicherweise enthält das Ventil 14 ein Element, das sich ausdehnen oder zusammenziehen kann, um den Öffnungsgrad des Ventils in Abhängigkeit von der Temperatur zu regeln. Außerdem lässt sich das ausdehnbare Element elektrisch erhitzen, um das Öffnen und Schließen des Ventils in Echtzeit zu steuern.
4 zeigt zwei Beispiele für die Änderung des Öffnungsgrads %O des Thermostatventils 14 des Radiators in Abhängigkeit von der Temperatur T der Kühlflüssigkeit.
Genauer gesagt veranschaulicht 4 zwei Beispiele für das Regeln der Temperatur T der Kühlflüssigkeit auf zwei verschiedene Einstelltemperaturen Tc1 beziehungsweise Tc2. So weist die Kurve der Öffnung O des Thermostatventils 14 eine erste Hysterese h1 um die erste Einstelltemperatur Tc1 und eine zweite Hysterese h2 um die zweite Einstelltemperatur Tc2 herum auf. Die Aufeinanderfolge der Phasen des Geschlossenseins F1, des zunehmenden Öffnens F2, der Öffnung F3 und des zunehmenden Schließens F4 des Ventils 14 wird durch Pfeile symbolisiert.
Die erste Einstelltemperatur Tc1 kann beispielsweise einer Phase starker Belastung des Motors entsprechen, während die zweite Einstelltemperatur Tc2, die höher ist, einer geringeren Belastung des Motors entsprechen kann.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebene bevorzugte Ausführungsart begrenzt. So kann das Wirkglied 14 des Radiator zweigs 4 aus einem elektronisch gesteuerten Proportionalventil bestehen.
In diesem Fall können die Steuermittel 19, wenn die Temperatur T des Kühlfluids die Einstelltemperatur Tc um eine bestimmte Abweichung dT beispielsweise in der Größenordnung von 3 Grad übersteigt, die Öffnung des Proportionalventils 14 vergrößern. Ebenso können die Steuermittel 19 die Öffnung des Proportionalventils 14 verringern, wenn die Temperatur T des Kühlfluids um eine bestimmte Abweichung dT, beispielsweise in der Größenordnung von 3 Grad, unter die Einstelltemperatur Tc sinkt.
Vorteilhafterweise können die Steuermittel 19 mit den Informationserfassungsmitteln 22 zusammenwirken, um die Temperatur Ta der Einlassluft des Motors 1 zu bestimmen und den Durchsatz des Kühlfluids im Radiatorzweig 4 zu erhöhen, wenn die Temperatur T₂ der Einlassluft des Motors 1 über einen bestimmten ersten Grenzwert S1 hinaus steigt.
Außerdem können die Steuermittel 19 für einen maximalen Durchsatz im Radiatorzweig 4 sorgen, wenn die Temperatur Ta der Einlassluft des Motors 1 einen bestimmten zweiten Grenzwert S2 erreicht. Die erste Grenztemperatur S1 und die zweite Grenztemperatur S2 für die Einlassluft können in der Größenordnung von 40 beziehungsweise 60 Grad betragen.
5 zeigt ein Beispiel für die Änderung des elektrischen Impulses oder Stroms I zum Steuern des Radiatorventils 14 in Abhängigkeit von der Temperatur Ta der Einlassluft des Motors, wobei die Drehzahl N, das Drehmoment C und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs konstant sind.
I1 in 5 bezeichnet den elektrischen Impuls, der bei einer gegebenen Einstelltemperatur Tc1 an das Wirkglied 14 geliefert wird (proportionales Elektroventil oder Thermoventil). Dieser elektrische Impuls I1, der zwischen 0 und 100 % des maximalen Impulses liegt, sorgt für eine bestimmte teilweise Öffnung des Wirkglieds 14. Wenn die Temperatur Ta der Einlassluft in Richtung des ersten Grenzwerts S1 geht, geht der an das Wirkglied 14 gelieferte elektrische Impuls I gegen I1.
Wenn die Temperatur Ta der Einlassluft gegen den zweiten Grenzwert S2 geht, wird der an das Wirkglied 14 gelieferte elektrische Impuls I größer und geht in Richtung des maximalen Impulses (100 %), das heißt in Richtung einer vollständigen Öffnung des Ventils 14. Das bedeutet, dass bei einer gegebenen Einstelltemperatur Tc, die einen gegebenen Durchsatz im Radiatorzweig 4 festlegt, der Anstieg der Einlasstemperatur Ta eine Erhöhung des Durchsatzes bewirken kann, auch wenn sich die Einstelltemperatur Tc nicht ändert.
Ebenso können die Steuermittel 19 mit den Informationserfassungsmitteln 22 zusammenwirken, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu ermitteln und den Durchsatz im Zweig 4 zu erhöhen, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs über einen bestimmten ersten Grenzwert hinaus steigt.
Ebenso können die Steuermittel 19 für einen maximalen Durchsatz im Radiatorzweig 4 sorgen, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs einen bestimmten zweiten Grenzwert erreicht.
Die Kurve der Änderung des elektrischen Pulses oder Stroms I zum Steuern des Radiatorventils 14 in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit kann ähnlich wie diejenige von 5 verlaufen.
Der erste und zweite Grenzwert für die Geschwindigkeit des Fahrzeugs können sich in der Größenordnung der Hälfte der zulässigen maximalen Geschwindigkeit beziehungsweise der maximalen Geschwindigkeit bewegen.
Wie in 1 dargestellt, umfasst der Kreis 2 einen weiteren Zweig 5, der mit einem elektronisch gesteuerten Wirkglied 15 und Mitteln 10 versehen ist, die eine direkte Fluidumkehr 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 nimmt die zur Zirkulation im Bypass-Zweig 5 zugelassene Fluidmenge zu, wenn die Temperatur des Fluids von der ersten Grenztemperatur T₁ in Richtung auf die zweite Grenztemperatur T₂ steigt. Vorzugsweise funktioniert das elektronisch gesteuerte Wirkglied 15 des Bypass-Zweiges 5 proportional.
Wie in 6 dargestellt, können die Steuermittel 19, wenn die Temperatur des Fluids T unter der ersten Grenztemperatur T₁ liegt, die Zirkulation des Fluids im Bypass-Zweig 5 auf eine bestimmte Leckrate begrenzen. Das bedeutet, dass das Wirkglied 15 des Bypass-Zweigs 5 teilweise geöffnet Of ist. Beispielsweise kann die teilweise Öffnung Of des Wirkglieds 15 für eine Leckrate im Bypass-Zweig 5 zwischen ungefähr ein Fünfzigstel und ein Fünftel des maximalen Durchsatzes im Zweig 5 sorgen.
Wenn die Temperatur des Fluids die zweite Grenztemperatur T₂ übersteigt, sorgen die Steuermittel 19 zumindest vorübergehend für das vollständige Öffnen O des Bypass-Wirkglieds 15 (6). Darüber hinaus kann der Öffnungsgrad des Wirkglieds 15, wenn die Fluidtemperatur zwischen der ersten Grenztemperatur T₁ und der zweiten Grenztemperatur T₂ liegt, zumindest vorübergehend proportional zur Temperatur T des Kühlfluids sein. Genauer gesagt nimmt zwi schen T₁ und T₂ die Öffnung des Bypass-Wirkglieds 15 zu, wenn die Temperatur T des Fluids steigt, und sie nimmt ab, wenn die Temperatur T des Fluids sinkt. Die Änderung der Öffnung des Wirkglieds 15 kann proportional zur Fluidtemperatur T sein.
Vorteilhafterweise kann die Kurve der Öffnung des Wirkglieds 15 in Abhängigkeit von der Temperatur T des Fluids eine Hysterese H aufweisen. Das heißt die Zunahme der Öffnung des Wirkglieds 15 beginnt, nachdem die Temperatur T der Flüssigkeit T die erste Referenztemperatur T₁ um einen bestimmten ersten Wert E überschritten hat. Ebenso beginnt die Verringerung der Öffnung des Wirkglieds 15, nachdem die Temperatur T der Flüssigkeit um einen bestimmten ersten Wert E unter die zweite Referenztemperatur T₂ gesunken ist. Das Öffnen und Schließen des Wirkglieds 15 findet also versetzt in Bezug auf die Grenztemperaturen T₁ und T₂ statt. Die Werte E der Verschiebungen liegen beispielsweise in der Größenordnung von fünf Grad.
Vorteilhafterweise können die Steuermittel 19, wenn die Temperatur T des Fluids die zweite Grenztemperatur T₂ übersteigt, das Wirkglied 15 des Bypass-Zweigs 5 in Abhängigkeit vom Öffnen und Schließen des Wirkglieds 14 des Radiatorzweigs 4 steuern.
7 zeigt den Öffnungsgrad %O der Wirkglieder 15, 14 des Bypass-Zweigs 5 und des Radiatorzweigs 4 in Abhängigkeit von der Temperatur T der Kühlflüssigkeit. Wie in 7 dargestellt, können die Steuermittel 19 das Wirkglied 15 des Bypass-Zweigs 5 schließen F, wenn das Wirkglied 14 des Radiatorzweigs 4 geöffnet O ist. Ebenso ist das Wirkglied 15 des Bypass-Zweigs 5 geöffnet O, wenn das Wirkglied 14 des Radiatorzweigs 4 geschlossen F ist. Vorzugsweise ist die Öffnung des Wirkglieds 15 des Bypass-Zweigs 5 umgekehrt proportional zur Öffnung des Wirkglieds 14 des Radiatorzweigs 4.
Darüber hinaus kann das Schließen und Öffnen des Wirkglieds 15 des Bypass-Zweigs 5 mit einer bestimmten Temperaturverschiebung R in Bezug auf das Öffnen und Schließen des Wirkglieds 14 des Radiatorzweigs 4 erfolgen. Die Temperaturverschiebung R kann in der Größenordnung von ein paar Grad, beispielsweise fünf Grad, liegen.
Wie in 8 dargestellt, können die Steuermittel 19 die Lüftermittel 30 in Abhängigkeit von der Temperatur der Kühlflüssigkeit steuern. Genauer gesagt kann die Drehgeschwindigkeit der Lüftermittel 30 zunehmen, wenn die Temperatur T der Kühlflüssigkeit steigt.
Vorzugsweise nimmt die Drehgeschwindigkeit V der Lüftermittel 30 proportional zur Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur der Kühlflüssigkeit dT / dt zu.
8 zeigt zwei Beispiele von Geraden d1 und d2, die die Drehgeschwindigkeit des Lüftersatzes in Abhängigkeit von der Temperatur T der Flüssigkeit zeigen. Die beiden Geraden d1 und d2 haben verschiedene Steigungen, 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.
Vorzugsweise werden die Lüftermittel 30 in Gang gesetzt, wenn die Temperatur T des Kühlfluids die Einstelltemperatur Tc übersteigt und der Durchsatz an Kühlflüssigkeit im Radiatorzweig 4 im Wesentlichen maximal ist.
Ebenso können die Steuermittel 19 mit den Informationserfassungsmitteln 22 zusammenwirken, um die Temperatur der Luft unter der Motorhaube des Fahrzeugs zu ermitteln, sodass die Lüftermittel 30 in Gang gesetzt werden, wenn die Temperatur der Luft unter der Motorhaube einen bestimmten Grenzwert übersteigt.
Vorteilhafterweise können die Informationserfassungsmittel 22 so ausgebildet sein, dass ein mögliches Versagen von mindestens einem der elektronisch gesteuerten Wirkglieder festgestellt wird. Auf diese Weise können die Steuermittel 19, wenn mindestens ein Versagen eines Wirkglieds festgestellt wird, unabhängig von der Temperatur des Fluids für die freie Zirkulation des Fluids zumindest in einigen und vorzugsweise in allen Zweigen sorgen. Das bedeutet, dass alle Ventile des Kreises 2 geöffnet sind, wenn ein Versagen des Systems festgestellt wird.
Es wurde deutlich, dass die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung es trotz ihres einfachen Aufbaus erlaubt, die Wärmetausche in Echtzeit und auf optimale Weise zu verwalten.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit besonderen Ausführungsarten beschrieben wurde, umfasst sie sämtliche technischen Mittel, die zu den beschriebenen Mitteln gleichwertig sind.

Claims

Verfahren zum Kühlen eines Kraftfahrzeug-Motors, das darin besteht, das Volumen und den Durchsatz eines flüssigen Kühlmittels in einem Hydraulikkreis (2) zu regeln, der mit einem Zweig (4) mit einem elektronisch gesteuerten Wirkglied (14) und mit Mitteln (9), die einen Radiator bilden, versehen ist, wobei das Verfahren einen ersten Schritt umfasst, in dem die Temperatur (T) des Kühlfluids bestimmt wird, sowie einen Schritt, in dem diese Temperatur mit einer bestimmten Grenztemperatur (T2) verglichen wird, ab der der Motor (1) als „heiß" bezeichnet wird, wobei, wenn die Temperatur (T) des Fluids höher ist als die Grenztemperatur (T2), der Durchsatz im Radiatorzweig (4) so geregelt wird, dass die Temperatur (T) der Kühlflüssigkeit um einen bestimmten Einstellwert (Tc) herum gehalten wird, wobei die Kurve für die Öffnung (O) des thermostatischen Ventils (4) in Abhängigkeit von der Temperatur (T) des Kühlfluids eine Hysterese (h1, h2) um die Einstelltemperatur (Tc1, Tc2) herum aufweist, sodass die Temperatur (T) der Kühlflüssigkeit auf die Einstelltemperatur (Tc1, Tc2) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (Ta) der Einlassluft des Motors (1) bestimmt wird, sodass der Durchsatz im Zweig (4) erhöht wird, wenn die Temperatur (Ta) der Einlassluft des Motors (1) einen bestimmten ersten Grenzwert (S1) überschreitet.
Vorrichtung zum Kühlen eines Kraftfahrzeug-Motors mit einem Hydraulikkreis (2) für flüssiges Kühlmittel mit einer Umlaufpumpe (3), die dieses durch den Motor (1) des Fahrzeugs und verschiedene Zweige (4, 5, 6, 7, 8, 44) des Kreises pumpt, in denen die thermischen Anlagen (9, 10, 11, 12, 13, 140, 150, 160) des Fahrzeugs angeordnet sind, wobei zumindest bestimmte Zweige (4, 5, 6, 7, 8, 44) des Kreises (2) mit elektronisch gesteuerten Wirkgliedern (14, 15, 16, 17, 18, 29) zum Regeln der Zirkulation des Fluids in ihnen ausgestattet sind, wobei die Vorrichtung Mittel (22) zum Erfassen von Informationen über die Betriebsbedingungen des Fahrzeugs umfasst, die mit Mitteln (19) zum Steuern der Funktionsweise der Wirkglieder (14, 15, 16, 17, 18, 29) verbunden sind, um das Volumen und den Durchsatz an Fluid, das im Hydraulikkreis (2) zirkuliert, im Hinblick auf eine optimierte Funktionsweise des Motors (1) zu regeln, wobei der Kreis (2) einen Zweig (4) aufweist, der mit einem elektronisch gesteuerten Wirkglied (14) und Mitteln (9), die einen Radiator bilden, versehen ist, wobei die Informationserfassungsmittel (22) die Temperatur (T) des Kühlfluids ermitteln können, sodass wenn die Temperatur (T) des Fluids einen bestimmten Grenzwert (T2) übersteigt, ab dem der Motor (1) als „heiß" bezeichnet wird, die Steuermittel (19) den Durchsatz im Radiatorzweig (4) derart steuern, dass die Temperatur (T) der Kühlflüssigkeit um einen bestimmten Einstellwert (Tc) herum gehalten wird, wobei das Wirkglied (14) des Radiatorzweigs (4) aus einem elektronisch steuerbaren thermostatischen Ventil besteht und wobei die Kurve für die Öffnung (O) des thermostatischen Ventils (4) in Abhängigkeit von der Temperatur (T) des Kühlfluids eine Hysterese (h1, h2) um die Einstelltemperatur (Tc1, Tc2) aufweist, sodass die Temperatur (T) der Kühlflüssigkeit auf die Einstelltemperatur (Tc1, Tc2) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (19) mit den Informationserfassungsmitteln (22) zusammenwirken, um die Temperatur (Ta) der Einlassluft des Motors (1) zu bestimmen, sodass der Durchsatz im Zweig (4) erhöht wird, wenn die Temperatur (Ta) der Einlassluft des Motors (1) einen bestimmten ersten Grenzwert (S1) überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelltemperatur (Tc) zwischen ungefähr 60 und 120 Grad liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (19) den Durchsatz im Radiatorzweig (4) erhöhen, wenn die Temperatur (Ta) der Einlassluft des Motors (1) steigt, sodass für einen maximalen Durchsatz im Zweig (4) gesorgt ist, wenn die Temperatur (Ta) der Einlassluft des Motors (1) einen bestimmten zweiten Grenzwert (S2) erreicht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (19) mit den Informationserfassungsmitteln (22) zusammenwirken, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu bestimmen, sodass der Durchsatz im Zweig (4) erhöht wird, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs einen bestimmten ersten Grenzwert überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (19) den Durchsatz im Radiatorzweig (4) erhöhen, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs steigt, sodass für einen maximalen Durchsatz im Zweig (4) gesorgt ist, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs einen bestimmten zweiten Grenzwert erreicht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie Lüftermittel (30) oder einen Lüftersatz aufweist, die mit den Radiatormitteln (9) zusammenwirken können, wobei die Steuermittel (19) die Lüftermittel (30) in Abhängigkeit von der Temperatur (T) der Kühlflüssigkeit steuern, sodass die Drehgeschwindigkeit (V) der Lüftermittel (30) zunimmt, wenn die Temperatur (T) des Kühlfluids steigt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zunahme der Drehgeschwindigkeit (V) der Lüftermittel (30) in Abhängigkeit von der Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur (T) der Kühlflüssigkeit gesteuert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehgeschwindigkeit der Lüftermittel (30) in Abhängigkeit von der Temperatur (T) der Kühlflüssigkeit eine Gerade beschreibt, deren Steigung proportional zur Änderungsgeschwindigkeit (dT) der Temperatur der Kühlflüssigkeit ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüftermittel (30) in Gang gesetzt werden, wenn die Temperatur (T) des Kühlfluids höher ist als die Einstelltemperatur (Tc) und der Durchsatz der Kühlflüssigkeit im Radiatorzweig (4) im Wesentlichen maximal ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (19) mit den Informationserfassungsmitteln (22) zusammenwirken, um die Temperatur der Luft unter der Motorhaube des Fahrzeugs zu ermitteln, sodass die Lüftermittel (30) in Gang gesetzt werden, wenn die Temperatur der Luft unter der Motorhaube einen bestimmten Grenzwert der Temperatur der Flüssigkeit an verschiedenen Stellen der Schleife übersteigt; der Durchsatz des flüssigen Kühlmittels in der Radiatorschleife wird insbesondere kontrolliert, um die Temperaturen der Flüssigkeit am Ausgang und am Eingang des Motors um die jeweiligen Einstellwerte herum zu regeln.