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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine
entsprechend des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 1 und ein
Steuerungsverfahren, das auf ein Kühlsystem für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine
entsprechend des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 10 anwendbar
ist. Solch ein Kühlsystem
für eine
wassergekühlte
Brennkraftmaschine und solch ein Steuerungsverfahren, das in dem
Kühlsystem
für eine
wassergekühlte
Brennkraftmaschine anwendbar ist, kann dem Dokument zum Stand der
Technik
EP 0 965 737
A2 entnommen werden. Das System steuert die Pumpendrehzahl,
um die Massenströmungsrate
des Kühlmittels
durch den Kühler
auf die Arbeitstemperatur des Motors anzupassen.
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In
dem Dokument zum Stand der Technik
US
3,939,901 wird ein Kühlsystem
für eine
Brennkraftmaschine gezeigt, das ein Kühlmittel verwendet, das eine
größere Viskosität und Filmfestigkeit
als Wasser hat. Die Wärme
wird von dem Kühlmittel übertragen,
wenn es durch eine Kühleranordnung
fließt.
Das Kühlmittel wird
durch mehrere Wärmeübertragungskanäle geführt, die
durch die Kernrohre und die Kopfstücke des Kühlers gebildet werden, mit
dem Kühlmittel,
das sich durch die Kernrohre von jedem Kanal bei einer Strömungsgeschwindigkeit
bewegt, die eine Reynoldszahl von nicht weniger als 5000 sicherstellt.
Die Strömungsgeschwindigkeit
wird wesentlich in einem Kopfteil reduziert, das die Kernrohre der
anschließenden
Wärmeübertragungskanäle verbindet,
so dass ein Bereich von im Wesentlichen ruhigem Kühlmittel
in den Kopfteilen erzeugt wird. Luft oder Gas wird in dem Kühlmittel
gesammelt und von den Kopfstücken,
die zu dem ruhigen Kühlmittelbereich
benachbart sind, ausgestoßen.
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Ein
erstes vorherig vorgeschlagenes Kühlsystem für den wassergekühlten Motor
enthält
eine Wasserpumpe, die im Verhältnis
zu einer Drehzahl des Motors angetrieben wird, so dass das Kühlmittel
(ein Kühlwasser)
in einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock zirkuliert wird. Jedoch
wird in dem ersten vorherig vorgeschlagenen Kühlsystem, das zuvor beschrieben
worden ist, da eine Strömungsmenge
des Kühlmittels
proportional zu der Drehzahl des Motors ist, eine übermäßige Menge
des Kühlmittels
in zum Beispiel einem Winterbetrieb unnötig zirkuliert und eine Extramenge
des Kühlmittels
wird während
einer Fahrt bei hoher Drehzahl des Kraftfahrzeuges, in dem das erste
vorherig vorgeschlagene Kühlsystem
montiert ist, unnötig
zirkuliert. Demzufolge erzeugt das erste vorherig vorgeschlagene
wassergekühlte
Motorkühlsystem,
das die Wasserpumpe verwendet, eine extra-Wärmeabstrahlung des Kühlmittels,
so dass eine Verzögerung
im Motoraufwärmen
auftritt, und hat einen beträchtlich
großen
Verlust von Energie zur Folge. Da überdies nur die Drehzahl des
Motors die Strömungsmenge
des Kühlmittels
bestimmt, kann keine Hochtemperatursteuerung erreicht werden. Zum
Reduzieren des zuvor beschriebenen Leistungsverlustes erläutert eine
erste Veröffentlichung
einer
Japanischen Patentanmeldung
Nr. 2000-045774 , veröffentlicht
am 15. Februar 2000, ein zweites vorherig vorgeschlagenes Kühlsystem.
In dem zuvor beschriebenen zweiten vorherig vorgeschlagenen Kühlsystem wird
eine herkömmliche
Wasserpumpe mit einer Motorangetriebenen Wasserpumpe ersetzt und
solch eine Steuerung eines vorbestimmten Differenzwertes, der eine
Differenz in der Temperatur des Kühlmittels an einem Auslass
des Motorkühlmittels
und an einem Einlass des Motorkühlmittels
anzeigt, wird ausgeführt.
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Allgemein
zeigt, wenn die Zirkulationsmenge des Wassers mittels der Wasserpumpe
variiert wird, das Kühlmittel
(oder ein Kühlwasser)
einen laminaren Stromungszustand oder einen turbulenten Strömungszustand
in Abhängigkeit
von einer Strömungsmenge
des Kühlmittels
an, das durch eine mehrfache Anzahl von Rohren, die innerhalb der
Kopfteile oder eines Kühlers
angeordnet sind, fließt.
Wenn zum Beispiel die Strömungsgeschwindigkeit
des Kühlmittels
innerhalb der Rohre reduziert wird und unterhalb der vorbestimmten Strömungsgeschwindigkeit
ist, erreicht das Kühlmittel
einen laminaren Strömungszustand.
Eine Kühleffektivität wird an
dem Radiator reduziert, so dass der Motor nicht gut gekühlt wird
und eine Erhöhung
in einer Leistung eines Kühllüfters nicht
vermieden werden kann. Zusätzlich
kann in einem Fall, wo die Strömungsgeschwindigkeit
des Kühlmittels
innerhalb der Rohre erhöht
wird, um den turbulenten Strömungszustand
in den Rohren anzuzeigen, eine weitere Erhöhung in der Strömungsgeschwindigkeit
des Kühlmittels
keine Ursache dafür
schaffen, dass die Kühleffektivität erhöht wird,
so dass wiederum die Leistung, die erforderlich ist, um den Motor
zu kühlen,
erhöht
wird.
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Diese
Probleme werden gleichermaßen
in dem zweiten vorherig vorgeschlagenen Kühlsystem auftreten. Dies bedeutet,
dass in allen der zuvor vorgeschlagenen Kühlsysteme selbst dann, wenn
die Wasserpumpe mittels des Motors angetrieben wird, und selbst
dann, wenn eine Steuerung ausgeführt
wird, derart, dass die Differenz in der Kühltemperatur zwischen dem Auslass
des Motorkühlmittels
und dem Einlass des Motorkühlmittels
die festgelegte Temperaturdifferenz anzeigt, ausgeführt wird,
die Strömungsgeschwindigkeit
des Kühlmittels
innerhalb der Rohre des Kühlers
noch nicht gesteuert werden kann. Demzufolge wird in einem Fall, wo
das Kühlmittel
laminar wird, die Kühlef fektivität an dem
Kühler
reduziert und das Kühlmittel
wird nicht ausreichend gekühlt.
Somit ist eine Erhöhung
in der Leistung des Kühlerlüfters erforderlich.
Im Gegensatz dazu kann, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels
erhöht
wird und das Kühlmittel
in einen turbulenten Strömungszustand
gelangt, die Kühlwirkung
mit der Erhöhung
der Arbeitseffektivität
der Motor-angetriebenen Pumpe selbst dann nicht erreicht werden,
wenn eine Arbeitsrate der Motor-angetriebenen Pumpe erhöht wird.
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Überdies
kann bei einem übermäßigen Arbeiten
der Motor-angetriebenen Pumpe möglicherweise
eine Ursache für
eine Erosion in den Rohren geschaffen werden.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Kühlsystem für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine,
wie oben angezeigt, und ein Steuerungsverfahren, das in einem Kühlsystem
für eine
wassergekühlte Brennkraftmaschine,
wie oben angezeigt, verwendet wird, zu schaffen, indem eine Pumpenleistung,
um das Kühlmittel
zu zirkulieren, unterdrückt
wird, eine verschwenderische Arbeit des Kühlerlüfters am Auftreten gehindert
wird, eine extra-Wärmeabstrahlung
des Kühlmittels,
um das Motoraufwärmen
zu beschleunigen, am Auftreten gehindert wird und eine Verbesserung
in einem Kraftstoffverbrauch des wassergekühlten Motors erreicht werden
kann.
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Entsprechend
des Vorrichtungsaspektes der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe
durch ein Kühlsystem
für eine
wassergekühlte
Brennkraftmaschine gelöst,
die die Merkmale des unabhängigen
Anspruches 1 hat. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in abhängigen Ansprüchen niedergelegt.
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Entsprechend
des Verfahrensaspektes der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe
durch ein Steuerungsverfahren gelöst, das in einem Kühlsystem
für eine
wassergekühlte
Brennkraftmaschine angewendet wird, das die Merkmale des unabhängigen Anspruches
10 hat. Bevorzugte Ausführungsbeispiele
sind in den abhängigen
Ansprüchen
niedergelegt.
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Dem
entsprechend ist ein Kühlsystem
für eine
wassergekühlte
Brennkraftmaschine vorgesehen, das aufweist: einen Wärmetauscher,
um ein Kühlmittel
zu zirkulieren, das aus dem wassergekühlten Motor in Rohren fließt, die
in einem Raum zwischen den Kopfteilen derselben angeordnet sind,
um das Kühlmittel
zu kühlen; eine
Pumpe, die unabhängig
von dem wassergekühlten
Motor angetrieben wird, um das Kühlmittel
in dem wassergekühlten
Motor und in dem Wärmetauscher
zu zirkulieren; eine Temperaturerfassungseinrichtung, um eine Temperatur
des Kühlmittels
zu erfassen; und eine Steuerungseinrichtung, die die Pumpe auf der
Grundlage eines erfassten Wertes der Kühlmitteltemperatur durch die
Temperaturerfassungseinrichtung in solch einer Weise antrei bend
steuert, um den Antrieb der Pumpe für das Kühlmittel, das durch eine vorbestimmte
Strömungsmenge
zirkuliert werden soll, zu steuern, wenn die Temperatur des Kühlmittels,
die durch den Temperatursensor der Erfassungseinrichtung erfasst
worden ist, einen Wert anzeigt, der höher als eine vorbestimmte Ziel-Temperatur
ist, wobei ein Wärmetauscher
für die
vorbestimmte Strömungsmenge
des Kühlmittels
vorgesehen ist, um einen Strömungszustand
des Kühlmittels,
das innerhalb der Rohre des Wärmetauschers
zirkuliert, in einen vorbestimmten Bereich zu bringen, der zumindest
einen Übergangsbereich
zwischen einem laminaren Strömungsbereich
und einem turbulenten Strömungsbereich
und einen Teil des turbulenten Strömungsbereiches, der in der
Nähe des Übergangsbereiches
platziert ist, enthält.
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Demzufolge
wird ein Kühlsystem
für eine
wassergekühlte
Brennkraftmaschine vorgesehen, das aufweist: einen Wärmetauscher,
um ein Kühlmittel
aus dem wassergekühlten
Motor in den Rohren zu zirkulieren, die in einem Raum zwischen den
Kopfteilen derselben angeordnet sind, um das Kühlmittel zu kühlen; eine Pumpe,
die unabhängig
von dem wassergekühlten
Motor angetrieben wird, um ein Kühlmittel
des wassergekühlten
Motors und des Wärmetauschers
zu zirkulieren; eine Temperaturerfassungseinrichtung, um eine Temperatur
des Kühlmittels
zu erfassen; und eine Steuerungseinrichtung, die die Pumpe auf der
Grundlage eines erfassten Wertes der Kühlmitteltemperatur durch die
Temperaturerfassungseinrichtung in solch einer Weise antreibend
steuert, um den Antrieb der Pumpe für das Kühlmittel, das in der vorbestimmten
Strömungsmenge zirkulieren
soll, zu steuern, wenn die Temperatur des erfassten Kühlmittels,
das durch die Temperaturerfassungseinrichtung erfasst worden ist,
einen Wert anzeigt, der höher
als eine vorbestimmte Ziel-Temperatur ist, wobei der Wärmetauscher
bei der vorbestimmten Strömungsmenge
des Kühlmittels
vorgesehen ist, um die Reynoldszahl des Kühlmittels, das innerhalb der
Rohre des Wärmetauschers
zirkuliert, in einen Bereich zwischen 1800 und 6000 zu bringen.
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Demzufolge
ist ein Steuerungsverfahren vorgesehen, das in einem Steuerungssystem
für eine
wassergekühlte
Brennkraftmaschine anwendbar ist, wobei das Steuerungssystem aufweist:
das Steuerungsverfahren, das in einem Steuerungssystem für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine
anwendbar ist, wobei das Steuerungssystem aufweist: einen Wärmetauscher,
um ein Kühlmittel
zu zirkulieren, das aus dem wassergekühlten Motor in die Rohre ausströmt, die
in einem Raum zwischen den Kopfteilen derselben angeordnet sind,
um das Kühlmittel
zu kühlen;
eine Pumpe, die unabhängig
von dem wassergekühlten
Motor angetrieben wird, um das Kühlmittel
in dem wassergekühlten
Motor und in dem Wärmetauscher
zu zirkulieren; und eine Temperaturerfassungseinrichtung, um eine
Temperatur des Kühlmittels
zu erfassen, wobei das Steue rungsverfahren aufweist: Bestimmen,
ob die Temperatur des Kühlmittels,
die durch die Temperaturerfassungseinrichtung erfasst worden ist,
einen Wert anzeigt, der höher
als eine festgelegte Ziel-Temperatur ist; antreibendes Steuern der
Pumpe auf der Grundlage eines durch die Temperaturerfassungseinrichtung
erfassten Wertes der Kühlmitteltemperatur
in solch einer Weise, um den Antrieb der Pumpe für das Kühlmittel zu steuern, um bei einer
vorbestimmten Strömungsmenge
zirkuliert zu werden, wenn es bestimmt wird, das die Temperatur
des Kühlmittels,
das durch die Temperaturerfassungseinrichtung erfasst worden ist,
einen Wert anzeigt, der höher ist
als eine festgelegte Ziel-Temperatur
bei der festgelegten Strömungsmenge
des Kühlmittels
ist; und eines Strömungszustandes
des Kühlmittels,
das innerhalb der Rohre des Wärmetauschers
zirkuliert wird, zu veranlassen, in einen vorbestimmten Bereich
zu fallen, der zumindest einen Übergangsbereich
enthält
zwischen einem laminaren Strömungsbereich
und einem turbulenten Strömungsbereich
und in einen Teil des turbulenten Strömungsbereiches, der in der
Nähe des Übergangsbereiches
platziert ist. Nachstehend wird die vorliegende Erfindung veranschaulicht
und mittels bevorzugter Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
erläutert.
In den Zeichnungen, wobei
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1 ein
schematisches Blockdiagramm einer wassergekühlten Brennkraftmaschine ist,
in der ein Kühlsystem
entsprechend der vorliegenden Lehre in einem ersten bevorzugten
Ausführungsbeispiel
anwendbar ist, und das das Kühlmittel
veranlasst, durch den Motor und durch den Wärmetrauscher zu fließen.
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2 ein
schematisches Blockdiagramm des Kühlsystems für die wassergekühlte Brennkraftmaschine
entsprechend der vorliegenden Lehre ist, in der das Kühlmittel
veranlasst wird, durch einen Bypass-Kreislauf des Kühlsystems,
der in 1 gezeigt ist, zu fließen.
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3 ein
Kennliniendiagramm ist, das eine Beziehung repräsentiert zwischen einer Leistung,
die erforderlich ist, um den Motor zu kühlen, der Reynoldszahlen des
Kühlmittels
auf der Seite des Kühlers
und der Windgeschwindigkeit einer Lüfters, und eine Beziehung zwischen
einer Lüftermotorleistung
und einer Pumpenantriebsleistung.
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4 eine
beispielhafte Darstellung ist, die ein Kühlmittel repräsentiert,
das innerhalb eines der Rohre und eines Wärmeübergangssystems fließt.
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5 ein
Kennliniendiagramm ist, das eine Beziehung von zwischen einem K-Wert, der Reynoldszahl des
Kühlmittels
und einer Lüfterwindgeschwindigkeit
repräsentiert.
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6 ein
Kennliniendiagramm ist, das eine Beziehung zwischen einer Abstrahlungsmenge
(Q) des Kühlers
und einer Lüfterwindgeschwindigkeit
(Va) repräsentiert.
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7 ein
betriebliches Ablaufdiagramm ist, das einen Steuerungsvorgang repräsentiert,
der in einer Steuerung, die in den 1 und 2 gezeigt
wird, ausgeführt
wird.
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8 eine
beispielhafte Darstellung ist, die Form und Abmessung von jedem
Rohr repräsentiert,
das in einem so genannten Kühler
vom Seitenströmungstyp
angeordnet ist.
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9 ein
schematisches Blockdiagramm der wassergekühlten Brennkraftmaschine ist,
in der das Kühlsystem
in einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel entsprechend
der vorliegenden Lehre anwendbar ist.
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10 ein
betriebliches Ablaufdiagramm ist, das ein Steuerungsverfahren repräsentiert,
das durch die Steuerungseinrichtung des Kühlsystems in einem zweiten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
entsprechend der vorliegenden Lehre ausgeführt wird.
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Nunmehr
wird nachstehend Bezug auf die Zeichnungen genommen, um ein besseres
Verständnis
der vorliegenden Lehre zu erleichtern.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Die 1 und 2 zeigen
beispielhafte Darstellungen zum Erläutern einer wassergekühlten Brennkraftmaschine,
in der ein Kühlsystem 1 in
einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
entsprechend der vorliegenden Lehre anwendbar ist.
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Das
Kühlsystem 1 in
dem ersten Ausführungsbeispiel
entsprechend der vorliegenden Lehre enthält: einen Kühler 7 als einen Wärmetauscher,
um ein Kühlmittel
zu zirkulieren, das von einem wassergekühlten Motor 2 über ein
Kühlmittelzirkulationsrohr 3 ausgegeben
worden ist, und um das Kühlmittel
mit dem Kühlmittel zu
kühlen,
das in den Rohren 6 zirkuliert, die zwischen die Kopfteile 4 und 5 eingebracht
worden sind; eine Motor-angetriebene Pumpe 8, um unabhängig von
dem Motor 2 angetrieben zu werden, um das Kühlmittel
in dem Motor 2 und dem Kühler 7 zu zirkulieren;
einen Temperatursensor 9 als die Temperaturerfassungseinrichtung
zum Erfassen einer Kühlmitteltemperatur
Tw innerhalb des Motors 2; einen Kühlmittelkreislauf 10 auf
halbem Wege, durch den die zuvor beschriebene Motor-angetriebene
Pumpe 8 eingesetzt ist, um das Kühlmittel von dem Kühler 7 in
den Motor 2 zu zirkulieren; wobei ein Drehantriebsmotor
(oder auch ein so genannter Lüftermotor) 12,
der in dem ein Lüfter 11 dazu
dient, Luft (Wind) zu den Rohren 6 des Kühlers 7 zuzuführen, vorgesehen
ist; ein elektrisch steuerbares Thermostat (ein Ventil) 14,
das auf halbem Wege durch das Kühlmittelkreislaufrohr 3 eingesetzt
ist und das steuerbar das Kühlmittel
vorbei leitet, das von dem Motor 2 in die Richtung zu dem
Kühler 7 über den
Bypass-Kreislauf 13 in die Richtung einer Ansaug seite der
Motor-angetriebenen Pumpe 8 in Übereinstimmung mit der Kühlmitteltemperatur
zuführt,
wie später
beschrieben wird, das heißt, dass
eine Verteilung der Kühlmittelflussmenge
steuert, die von dem Motor 2 in die Richtung zu dem Kühler 7 zugeführt wird
und die durch den Bypass-Kreislauf 13 in die Richtung zu
einer Ansaugseite der Motorangetriebenen Pumpe 8 in Übereinstimmung
mit der Kühlmitteltemperatur
Tw umgeht; und eine Steuerungseinrichtung 15, die die Strömungsverteilungsrate
des Thermostates 14, eine Antriebsausgangsleistung der
Motor-angetriebenen Pumpe 8 und eine Drehzahl des Lüftermotors 12 auf
der Grundlage der erfassten Werte des Temperatursensors 9 steuert,
wie später
beschrieben werden wird.
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In
dem ersten Ausführungsbeispiel
ist ein Kühlmittelkreisiaufkanal 23 in
einer Verbindung zwischen einem Zylinderkopf 21 und einem
Zylinderblock 22 in dem Motor 2 gebildet. Ein
Ende des Kühlmittelkreislaufkanals 23,
angeordnet an dem Zylinderkopf 21, ist mit dem Kühlmittelkreislauf 10 verbunden
und ein weiteres Ende des Kühlmittelkreislaufkanals 23,
angeordnet an dem Zylinderblock 22, ist mit dem Kühlmittelkreislauf 3 verbunden.
Dies bedeutet, in dem ersten Ausführungsbeispiel tritt das Kühlmittel,
das von der Motor-angetriebenen Pumpe 8 abgegeben wird,
durch den Zylinderkopf 21 ein und ist durch oder in dem
Zylinderblock 22 vorhanden.
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Der
Kühler 7 ist
in einer strukturellen Form, in einer so genannten Längsströmung aufgebaut,
in der eine mehrfache Anzahl von Rohren 6 vorhanden ist,
so dass die Kopfteile 4 und 5 unmittelbar neben
den Rohren 6 sind. Jedoch kann auch ein Kühler 7,
der in einer so genannten strukturellen Seitenform aufgebaut ist, verwendet
werden. Es ist zu beachten, dass die Rohre 6 richtig eine
plattenförmige
Rippe oder eine gewellte Rippe für
den Wärmeaustauscher
haben können.
In dem ersten Ausführungsbeispiel
ist das Kühlmittelkreislaufrohr 3 mit
dem Ende des Kühlmittelkreislaufkanals 23 des
Zylinderblocks 22 verbunden und ist mit einem oberen Kopfteil 4 verbunden.
In dem ersten Ausführungsbeispiel
ist das Thermostat 14, das auf halbem Wege in den Kühlmittelkreislauf 3 eingesetzt
ist, festgelegt, um den Kühlmittelkreislaufkanal 23,
der zwischen diesen verbunden ist, angeordnet an dem Zylinderblock 22 und
dem oberen Kopfteil 4, allmählich zu öffnen, wenn zum Beispiel die
Temperatur des Kühlmittels
gleich zu oder höher
als 100°C
ist, und ist festgelegt, um vollständig den Bypass-Kreislauf 13 zu
schließen,
während
das Kühlmittelkreislaufrohr 3 vollständig geöffnet wird,
wenn die Temperatur des Kühlmittels
Tw gleich zu oder höher
als 105°C
ist. Falls die Temperatur Tw unter 100°C ist wird das Thermostat 14 festgelegt,
den Kühlmittelkreislaufkanal 3 zu
schließen
und das Kühlmittel
zu veranlassen, in den Bypass-Kreislauf 13 zu strömen. Es
ist zu beachten, dass das Thermostat 14 auf halbem Wege in
dem Kühlmittelkreislauf 10 eingesetzt
werden kann, der ein unteres Kopfteil 5 mit dem Motor 2 verbindet, und
festge legt werden kann, den Kühlmittelkreislauf 10 zu öffnen, wenn
zum Beispiel die Temperatur Tw des Kühlmittels gleich zu oder höher als
100°C ist,
und um den Kühlmittelkreislauf 10 zu
schließen,
so dass das Kühlmittel
zu dem Motor 2 über
den Bypass-Kreislauf 13 zugeführt wird, wenn die Temperatur
Tw unter 100°C ist.
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Zusätzlich ist
der Drehantriebsmotor 12 mit einer Steuerungseinrichtung 15 verbunden.
Der Lüfter 11 ist,
um einen Wind zu dem Rohr 6 des Kühlers 7 zuzuführen, auf
dem Drehantriebsmotor 12 verbunden, und die Drehzahl des
Motors 12 wird auf der Grundlage eines Drehzahl-Steuerungssignals
Sr von der Steuerungseinrichtung 15 gesteuert. Die Motor-angetriebene
Pumpe 8 dient dazu, um die Strömung des Kühlmittels zu steuern, das dort
auf der Grundlage eines Strömungsgeschwindigkeits-Steuerungssignals
Sr, das von der Steuerungseinrichtung 15 ausgegeben wird,
dort hindurch geht.
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Der
Temperatursensor 9 ist angeordnet, um eine Temperaturerfassung
zu ermöglichen,
die in der Nähe
eines Endabschnittes des Kühlmittelkreislaufkanals 23 an
den Zylinderblock 22 vorgesehen ist. Eine Erfassungssonde
des Temperatursensors 9 ist innerhalb des Zylinderblocks 22 eingesetzt,
aber der Temperatursensor 9 kann die Kühlmitteltemperatur Tw auch
an einer Position erfassen, die in der Nähe eines Auslasses des Kühlmittekreislaufkanals 23 platziert
ist.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
werden die Strömungsgeschwindigkeit
des Kühlmittels,
die durch die Motor-angetriebene Pumpe 8 erzeugt wird,
insbesondere die Strömungsgeschwindigkeit
innerhalb der Rohre 6 des Kühlers 7, und die Drehzahl
des Drehantriebsmotors 12 des Lüfters 11 durch die
Steuerungseinrichtung 15 gesteuert. Eine Reduzierung des
Leistungsverlustes wird durch eine Spezifikation einer Charakteristik
des Kühlmittels
erreicht, das innerhalb der Rohre 6 des Kühlers 7 während einer
hohen Last zirkuliert. Das heißt, es
ist zu dieser Zeit möglich,
eine bemerkenswerte Kraftstoffökonomie
zu erreichen.
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Bevor
die Steuerung und der Betrieb des Kühlsystems 1 für einen
wassergekühlten
Motor in diesem Ausführungsbeispiel
erläutert
wird, wird eine Beziehung zwischen einer Reynoldszahl des Kühlmittels,
einer Lüftergeschwindigkeit
und einer Leistung, die erforderlich ist, um den Motor 2 zu
kühlen,
in Bezug auf die 3 beschrieben.
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Ein
Diagramm, das in der 3 gezeigt ist, repräsentiert
eine Leistung, die erforderlich ist, um den Motor 2 während eines
Hochlastzustandes zu kühlen
(in einem Zustand, in dem eine Kühlmitteltemperatur 100°C erreicht
hat und das Kühlmittel
durch den Kühler 7 zirkuliert
wird) in einem im Wesentlichen verfügbaren Kühler vom Längsströmungs-Typ, der eine seitliche
Abmessung des Kernabschnittes (des Wärmeabstrahlungsabschnittes)
hat, der 691,5 mm beträgt,
wobei die Längsabmessung
360 mm beträgt
und die Tiefenabmessung 16 mm beträgt. In der 3 bezeichnet
eine seitliche Achse die Reynoldszahl des Kühlmittels des Kühlers 7 und
die Lüfterwindgeschwindigkeit
in m/sec, und die Längsachse
bezeichnet eine Leistung (in W), die erforderlich ist, um den Motor 2 zu
kühlen.
Wie in der 3 gezeigt, wird, wie die Reynoldszahl
des Kühlmittels
erhöht
wird, die Leistung der Motor-angetriebenen Pumpe 8 entsprechend
erhöht.
Dann wird, wie die Lüftergeschwindigkeit
erhöht
wird, die Lüfterleistung,
das heißt
die Leistung, die erforderlich ist, um den Lüftermotor 12 zu drehen,
erhöht.
Eine Summe der Pumpenleistung und der Lüfterleistung, das heißt, die
Leistung des Drehantriebsmotors 12, nämlich die Leistung, die erforderlich
ist, um den Motor 2 zu kühlen, wird reduziert, wenn
die Reynoldszahlen des Kühlmittels
1800 bis 6000, wie in 3 gezeigt, anzeigen. Der Bereich,
in dem die Leistung, die erforderlich ist, um den Motor 2 zu
kühlen,
niedriger wird, reicht, wie zuvor beschrieben, über einem Übergangsbereich zwischen einer
laminaren Strömung
und einer turbulenten Strömung
des Kühlmittels,
das in den Rohren 6 des Kühlers 7 zirkuliert,
und über
einem Teil des turbulenten Strömungsbereiches, der
in der Nähe
des Übergangsbereiches
platziert ist. In solch einem zuvor beschriebenen Kühler wird
die Motor-angetriebene Pumpe 8 so gesteuert, dass die Reynoldszahl
in den Bereich von 1800 bis 6000 während des Hochlastzustandes
fällt,
und der Lüfter 11 so
gesteuert wird, um in einen Bereich der Windgeschwindigkeit von 2,8
m/sec bis 3,3 m/sec zu fallen. Daher kann die elektrische Leistung,
die erforderlich ist, um den Motor zu kühlen, unterdrückt werden,
um niedrig zu sein. Zu dieser Zeit kann eine höchst vorteilhafte Kraftstoffökonomie erreicht
werden.
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Es
ist zu beachten, dass ein Faktor, um die Leistung des Kühlers 7 zu
verbessern, eine Verbesserung in der Leistung einer Rippe enthält, die
auf einer Außenseite
jedes Rohres 6 gebildet ist. Wenn die Reynoldszahl des
Kühlmittels
reduziert wird und das Kühlmittel
nicht die turbulente Strömung
zeigt, wird die Kühlleistung des
Kühlmittels
extrem reduziert. Daher ist es wichtig, den turbulenten Strömungszustand
des Kühlmittels
soweit wie möglich
zu verwenden.
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Eine
optimale Anordnung des Kühlsystems 1 vom
Gesichtspunkt einer Energie wird beschrieben.
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Welcher
Ausgleich der Kühlmitteltemperatur
und der der Lüftermenge
(der Windmenge) während
des Motorkühlens
mittels eines Kühlers,
der durch Berechnen der Energie, die erforderlich ist, um den Motor 2 zu kühlen, optimal
vorgenommen wird, wird nachstehend betrachtet.
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(Die Beitragsrate einer Wassermenge und
einer Windmenge in einem einzelnen Kühlerkörper)
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Eine
Kühlermenge
(eine Wärmeverteilung)
des Kühlers
kann unter Verwendung der folgenden Gleichung (1) bestimmt werden:
(1)
Dies bedeutet Q = κ/(αw·Aw/A) + d/(λt·Aw/A)
+ 1/αa·ηa) (2). 1/κ =
11 (%) + 0.1 (%) + 88,9 (%) (3).
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Wie
in der 4 gezeigt, bezeichnet λt eine Leitfähigkeit der Rohre (W/mK), αa bezeichnet
eine thermische Übertragungsrate
(W/m2K) einer Luftseite, αw bezeichnet
eine thermische Übertragungsrate
des Kühlmittels, ηa bezeichnet
eine gesamte Rippeneffektivität
(%), Aw bezeichnet die Kühlmittel-Abstrahlungsfläche (mm2), A bezeichnet eine Abstrahlungsfläche (mm2) einer Luftseite und d bezeichnet eine
Dicke der Rohrplatten (mm). Zusätzlich
bezeichnet Gleichung (3) eine Beitragsrate für jeden Ausdruck der Gleichung
(2). Die Gleichung (3) wurde abgeleitet aus der folgenden Bedingung
unter Verwendung der Kühlers
vom Längsströmungstyp,
der eine seitliche Abmessung des Kernabschnittes (des Abstrahlungsabschnittes)
hat, der 691,5 mm beträgt,
wobei die Längsabmessung
360 mm beträgt,
die Tiefenabmessung 16 mm beträgt,
und 76 Rohre verwendet wurden, wie in 8 gezeigt.
Dies bedeutet, die Bedingung war, das die Strömungsmenge des Kühlmittels 40 Liter
pro Sekunde betragen hat (die Reynoldszahl 3500 betragen hat) und
die Windgeschwindigkeit 3 m/sec betragen hat.
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Die
Beziehung zwischen dem K-Wert und der Reynoldszahl des Kühlmittels
wird in dem Diagramm der 5 gezeigt. Die 5 zeigt
auch einen Strömungszustand
des Kühlmittels,
der sich mit der Reynoldszahl des Kühlmittels verändert. Es
wird aus der 5 deutlich, dass ein in der 3 gezeigter
Bereich, in dem die Leistung, die erforderlich ist, um den Motor 2 zu
kühlen,
vermindert ist, nämlich
der Bereich, in dem die Reynoldszahl des Kühlmittels innerhalb der Rohre 6 des
Kühlers 7 angezeigt
von 1800 bis 6000 über
einen Übergangsbereich
des Stromzustandes des Kühlmittels
reicht, das innerhalb der Rohre 6 des Kühlers 7 zwischen einem
turbulenten Strömungszustand
und einem laminaren Strömungszustand
und über
den turbulenten Strömungsbereich,
der zu dem Übergangsbereich
benachbart ist, zirkuliert. Die Beitragsraten des Kühlmittels
und der Luft zu der Leistung des Kühlers sind, wie in der Gleichung
(3) gezeigt, derart, dass der Verteilungsbereich der Luft dazu (88,9
%) größer als
der des Kühlmittels
(11 %) ist. Daher kann in einem Fall, wo die erforderliche Wärmeverteilung
erhöht
ist, der Motor mit weniger Leistung in einem Zustand gekühlt werden, wobei
die Menge des Kühlmittels
feststehend ist und die Lüfterwindmenge,
als die während
eines anderen Zustandes, erhöht
ist. Die Reynoldszahl des Kühlmittels
wird in dem Bereich festgelegt, der die Leistung, die erforderlich
ist, um den Motor 2 zu kühlen, optimiert. Eine optimale
Steuerung in jedem Einzelnen der verschiedenen Formen der Kühler kann
erreicht werden. Es ist zu beachten dass, da das Kühlmittel
innerhalb der Rohre von jedem der verschiedenen Formen der Kühler zirkuliert
wird, die vorliegende Lehre auf das Kühlsystem für den wassergekühlten Motor,
der jede Form des Kühlers
enthält,
anwendbar ist.
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Dies
bedeutet, da die Reynoldszahl Re ausgedrückt wird als DaG/μ (Äquivalenzdurchmesser × Massenströmungsgeschwindigkeit/Viskosekoeffizient),
wobei Da den Äquivalenzdurchmesser
bezeichnet, der eine Multiplikation eines Wertes eines Wassers ist,
das durch die Querschnittsfläche
von jedem Rohr hindurch geht, dividiert durch eine innere Umfangslänge mit
einem Wert von 4, wobei die Massengeschwindigkeit des Kühlmittels
G ist und der Viskosekoeffizient μ ist,
die Strömung
analog dynamisch wird und die thermische Übergangsrate gleich wird, wenn
diese Reynoldszahl Re dieselbe ist. Daher ist es möglich, die
Leistung (die Summe der Lüfterleistung
und der Pumpenleistung), die erforderlich ist, um den Motor 2 zu
kühlen,
durch Steuern der Reynoldszahl des Kühlmittels, das durch jede Art
der Radiatoren zirkuliert, um in einen Bereich von 1800 bis 6000
zu fallen, zu minieren. Demzufolge kann die Last auf die Leistung
entlastet werden und die bemerkenswerte Verbesserung in der Kraftstoffökonomie
des Motors 2 kann erreicht werden.
-
(Optimaler Energieausgleich des Kühler-Kühlens)
-
Als
nächstes
zeigt die 6 die Beziehung zwischen der
Kühlerleistung
(der Kühlerwärmeverteilung (der
Abstrahlungsmenge) Q), der Windmenge (der Windgeschwindigkeit Va)
und der Kühlmittel-Strömungsmenge
(Gw), unter Verwendung des Kühlers
vom Längsströmungs-Typ,
der den Aufbau von 691,5 mm seitliche Abmessung des Kernabschnittes,
360 mm Abmessung in Längsrichtung
und 16 mm Abmessung in der Tiefe hat. Die Längsachse der 6 ist
die Kühlerwärmeverteilung
und die seitliche Achse desselben ist die Windgeschwindigkeit. Tabelle
1 repräsentiert
eine Kombination zwischen der Windgeschwindigkeit (Va) und der Kühlmittel-Strömungsmenge
(Gw), um dieselbe Leistung zu erzeugen (die Kühlerwärmeverteilung Q), die denselben
Kühler
verwendet. Wie in der Tabelle 1 gezeigt, ist es möglich, die
Kombination der Windgeschwindigkeit (Va) und der Kühlmittelstromgeschwindigkeit
(Gw) richtig auszuwählen,
um die selbe Kühlerwärmeverteilung
auszugeben (zum Beispiel 3,4 × 104 W).
-
(Die Energie, die erforderlich ist, um
den Motor 4 zu kühlen)
-
Als
nächstes
werden, wenn ein Vergleich zwischen der jeweils erforderlichen Energie
für das
Kühlmittel
und für
die Luft unter Verwendung der theoretischen Leistung, die durch
die folgende Gleichung (4) ausgedrückt wird, die in Tabelle 2
gezeigten Ergebnisse ausgegeben. P
= ρgQH (4), wobei P
eine Leistung (W) bezeichnet, ρ bezeichnet
eine Fluid-Dichte (kK/m3), g bezeichnet
eine Schwerkraftbeschleunigung (m/s2), Q
bezeichnet eine Strömungsmenge
(m3/s), und H bezeichnet eine Druckdifferenz
(m). Zu sätzlich
zeigt die Tabelle 2 Versuchswerte des Kühlerlüfters und zeigt die Effektivität der Motor-angetriebenen
Pumpe 8 an.
-
Es
kann aus Tabelle 2 bestätigt
werden, dass dies, wenn eine Gesamtsumme der erforderlichen Leistung
minimal 280 W beträgt
und die Reynoldszahl zu der gegenwärtigen Zeit von 280 W 2600
ist, was in den Bereich der Reynoldszahl (1800 bis 6000) fällt, ausreichend
ist, um die erforderliche Leistung für das Kühlen des Motors bereitzustellen.
Andererseits ist, obwohl die Beitragsrate der Luft zu der Leistung
des Kühlers
groß ist,
die Beitragsrate des Kühlmittels,
um die Leistung des Kühlers
auszuführen,
klein. Daher wird im Hinblick auf die Energie weniger Leistung erforderlich,
um den Motor mit einer kleinen Strömungsmenge des Kühlmittels
und einer großen
Größe der Luftwindmenge
zu kühlen.
Wenn jedoch die Strömungsmenge
des Kühlmittels auf
solch einem Grad für
das Kühlmittel
in den Rohren, um die laminare Strömung anzuzeigen, geringer wird. wird
die Leistung des Kühlmittels
extrem reduziert. Dies wird für
das Kühlsystem
für den
wassergekühlten
Motor nicht bevorzugt.
-
(Steuerungsverfahren des ersten Ausführungsbeispieles)
-
Das
Steuerungsverfahren und der Betrieb des Kühlsystems 1 für einen
wassergekühlten
Motor 2 wird in Bezug auf das Ablaufdiagramm der 7 beschrieben.
Es ist in dem ersten Ausführungsbeispiel
zu beachten, dass ein Speicherabschnitt (zum Beispiel ein ROM) der
Steuerungseinrichtung 15 die Ausgangsdaten der Motor-angetriebenen
Pumpe 8 entsprechend der Rohr-Strömungsgeschwindigkeit in dem
optimalen Bereich, der in 3 gezeigt
ist, und die Ausgangsdaten in dem Drehantriebsmotor 12,
die der Lüfterwindgeschwindigkeit
entsprechen, speichert. Diese Ausgangsdaten werden von dem Speicherabschnitt
jederzeit gemeinsam mit der Veränderung
in der erfassten Temperatur des Kühlmittels gelesen. Wenn der
Fahrzeugmotor 2 gestartet wird, wird die Motorangetriebene
Pumpe 8 gestartet, um eine vorbestimmte niedrige Strömungsmenge
von zum Beispiel ungefähr
10 L/min zu bewegen. Diese vorbestimmte niedrige Strömungsmenge
entspricht einer relativ niedrigen Strömungsmenge für das Kühlmittel
innerhalb des Motors 2, um kein örtliches Kochen zu erzeugen.
In diesem Ausführungsbeispiel
fließt
das Kühlmittel
in den Kühlmittelkreislaufkanal 23,
in der Reihe nach in den Zylinderkopf 21 und den Zylinderblock 22.
Der Temperatursensor 9 erfasst die Kühlmitteltemperatur Tw innerhalb
des Kühlmittelkreislaufkanals 23 des
Zylinderblocks 22 (Schritt S71). Das Thermostat 14 befindet
sich im Kreislauf, so dass der Kühler 7 umgangen
wird, indem veranlasst wird, dass das Kühlmittel durch den Bypass-Kreislauf 13 hindrch
geht, um den Kühler 7 zu
umgehen, bis die umlaufende Kühlmitteltemperatur 100°C, wie in 2 gezeigt,
erreicht.
-
Bei
dem Betrieb des Motors 2 wird, wenn die Temperatur des
Kühlmittels,
die aus dem Zylinderblock 23 abgeleitet wird, bis auf 100°C angestiegen
ist, das Thermostat 14 eingestellt, um das Rohr des Kühlmittelkreislaufes 3 allmählich zu öffnen und
wird eingestellt, um den Kühlmittelkreislaufkanal 3 vollständig zu öffnen, während der
Kühlmittel-Bypass-Kreislauf 13 vollständig geschlossen
wird, wenn die Temperatur Tw des Kühlmittels gleich zu oder hoher
als 105°C
ist. Somit wird das Kühlmittel,
das von dem oberen Kopfteil 4 eingeleitet wird, durch die
Rohre 6 in die unteren Kopfteile 5, wie durch
Pfeilmarkierungen in der 1 gezeigt ist (Schritt S71A),
eingeleitet.
-
Zu
dieser Zeit wird in einem Fall, wo die erfasste Temperatur des Temperatursensors
nicht bis zu 105°C
reicht, der Drehantriebsmotor 12 nicht betätigt und
der Lüfter 11 wird
nicht gedreht. Das Kühlmittel,
das durch das Rohr 6 hindurch geht, führt nur einen thermischen Austausch
mit einer durchlaufenden Außenluft aus.
Das Kühlmittel,
das von dem Kopfteil 5 ausgegeben wird, wird zu dem Kühlmittelkreislaufkanal
des Zylinderkopfes 21 über
den Kühlmittelkreislauf 10 über die
Motor-angetriebene Pumpe 8 zugeführt. Es ist zu beachten, dass
die Temperatur des zu dem Zylinderkopf 21 zugeführten Kühlmittels
so festgelegt wird, um zum Beispiel ungefähr 85°C zu werden.
-
Das
von dem Zylinderkopf 21 eingeleitete Kühlmittel kühlt den Zylinderkopf 21,
kühlt den
Zylinderblock 22 und wird in den Kühlmittelkreislauf 3 eingeleitet.
Als nächstes,
in einem Schritt S72, bestimmt die Steuerungseinrichtung 15,
ob die Kühlmitteltemperatur
höher als
105°C ist.
Demzufolge bestimmt die Steuerungseinrichtung 15, wenn
die Kühlmitteltemperatur
Tw bestimmt wird, um höher
als 105°C
zu sein (Ja), ob der Lüfter
drehend angetrieben wird. Falls der Lüfter 11 drehend angetrieben
wird, gibt die Steuerungseinrichtung 15 ein Drehzahlsteuerungssignal
Sr zu dem Drehantriebsmotor 12, so dass die Windmenge des
Lüfters 11 erhöht wird
und die Kühlmitteltemperatur
105°C anzeigt.
Demzufolge wird die Drehgeschwindigkeit des Drehantriebsmotors 12 schnell
und die Windmenge des Lüfters 11 richtig
in einem Schritt S74 erhöht.
Danach wird die Temperaturerfassung fortgesetzt, um in einem Schritt
S71 ausgeführt
zu werden.
-
Andererseits
bestimmt die Steuerungseinrichtung 15,, wenn der Lüfter 11 nicht
drehend angetrieben wird (Nein in dem Schritt S73), ob die Reynoldszahl
des Kühlmittels
der Rohre 6 des Kühlers 7 2600
anzeigt. Zusätzlich
gibt, wenn die Reynoldszahl des Kühlmittels in dem Schritt S75
nicht 2600 beträgt
(Nein), die Steuerung 15 das Strömungsgeschwindigkeits-Steuerungssignal
Sv zu der Motor-angetriebenen Pumpe 8 aus, so dass die
Reynoldszahl des Kühlmittels
2600 anzeigt (Schritt S76). In dem Schritt S71 setzt die Steuerungseinrichtung 15 die
Temperaturerfassung in dem Schritt 71 fort. Falls die Steuerungseinrichtung 15 bestimmt,
dass die Kühlmitteltemperatur
gleich ist zu oder geringer als 105°C in dem Schritt S72 ist, geht
der Ablauf zu einem Schritt S77. In dem Schritt S77 bestimmt die
Steuerungseinrichtung 15, ob der Lüfter 11 drehbar angetrieben wird.
Wenn der Lüfter
drehbar angetrieben wird (Ja), gibt die Steuerungseinrichtung 15 das
Drehzahlsteuerungssignal Sr zu dem Drehantriebsmotor 12 in
einem Schritt S78. Die Steuerungseinrichtung 15 gibt das Drehgeschwindigkeitssteuerungssignal
Sr zu dem Drehantriebsmotor 12, so dass die Erfassungstemperatur des
Kühlmittels
105°C anzeigt.
In einem Schritt S78 steuert die Steuerungseinrichtung 15 die
Drehzahl des Lüfters,
um die Drehung desselben zu unterdrücken und setzt die Temperaturerfassung
des Kühlmittels
in dem Schritt S71 fort.
-
Wenn
die Steuerungseinrichtung 15 in einem Schritt S77 bestimmt,
dass der Lüfter 11 nicht
drehend angetrieben wird (Nein), setzt die Steuerungseinrichtung 15 den
Betrieb der Motor-angetriebenen Pumpe 8, die die Strömungsmenge
von 10 Liter/min in einem Schritt S79 beibehält, fort und setzt die Erfassung
der Kühlmitteltemperatur
in dem Schritt S71 fort.
-
Falls
solch ein Steuerungsvorgang, wie zuvor beschrieben wurde, fortgesetzt
wird und die Erfassungstemperatur mittels des Temperatursensors 9 gleich
zu oder oberhalb von 105°C
ist, was eine festgelegt Ziel-Temperatur ist, fällt der Fließzustand
(der Strömungszustand)
des Kühlmittels,
das innerhalb der Rohre 6 des Kühlers 7 zirkuliert,
innerhalb des Bereiches über
dem Übergangsbereich
zwischen dem laminaren Strömungszustand
und dem turbulenten Strömungszustand,
wie in der 5 gezeigt, oder über den
Teil des Turbulenzbereiches, der zu dem Übergangsbereich benachbart
ist. Die Motor-angetriebene Pumpe 8 wird angetrieben, so
dass das Kühlmittel
bei einer festgelegten Strömungsmenge
zirkuliert wird. Allgemein wird in jedem von den Kraftfahrzeugmotoren,
um das Aufwärmens
des Motors während
des Kaltstarts zu beschleunigen, solch eine Steuerung wie das Erhöhen der
Kraftstoffeinspritzmenge während
eines Motorleerlaufs ausgeführt, bis
die Kühlmitteltemperatur
Tw eine festgelegte Temperatur wird. Daher wird, wenn diese Steuerungszeitdauer
kurz wird, nämlich
wenn die Kühlmitteltemperatur
Tw gleich zu oder höher
als eine festgelegte Kühlmitteltemperatur
(zum Beispiel 80°C)
wird, der Kraftstoffverbrauch verbessert. In diesem Beispiel kann,
da die extra-Wärmeabstrahlung
am Auftreten verhindert wird, in dem die Kühlmittel-Strömungsmenge
auf die vorbestimmte, relativ niedrige Strömungsmenge (zum Beispiel 10
Liter/min) derart unterdrückt
wird, damit für
den Motor nicht örtlich
ein Kochen auftritt, bis der Motor 2 gestartet wird und
die Kühlmitteltemperatur
Tw 105°C überschreitet,
die Kühlmitteltemperatur
Tw schnell angehoben werden. Daher kann der Kraftstoffverbrauch durch
Verkürzen
der Steuerungszeitdauer während
der Erhöhung
in der Menge der Kraftstoffeinspritzmenge verbessert werden.
-
In
dem ersten Ausführungsbeispiel
kann während
eines Zustandes, wobei die Hochlast auf den Motor aufgebracht wird,
die Reduzierung der Leistung infolge der verminderten Strömungsmenge
mittels der Motor-angetriebenen Pumpe 8 während des
Motorhochlastbetriebes erreicht werden. Zu der selben Zeit kann eine
Verbesserung in einem Strömungskanal,
durch den das Kühlmittel
veranlasst wird, zu strömen,
und eine Temperaturdifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass
des Kühlers 7,
erzeugt infolge der verminderten Strömungsmenge, eine niedrige Kühlmitteltemperatursteuerung
(ungefähr
85°C) für den Zylinderkopf 21 erreichen,
um das Klopfen zu verhindern und eine hohe Kühlmitteltemperatursteuerung
(ungefähr
105°C) für den Zylinderblock 22,
um einen Reibungsverlust, zum Beispiel einen Ölreibungsverlust, zu reduzieren.
-
Zusätzlich wird
die Motor-angetriebene Pumpe 8 verwendet, so dass die Strömungsmenge
des Kühlmittels
mit einem guten Reaktionsverhalten auf eine optimale Menge gesteuert
werden und der Leistungsverlust reduziert werden kann.
-
Falls
das Kühlsystem 1,
in dem der zuvor beschriebene Steuerungsvorgang ausgeführt wird,
in dem Fahrzeug angewendet wird, kann die verminderte Strömungsmenge
sicher mittels der Motor-angetriebenen Pumpe 8 eine Verbesserung
in der Kraftstoffökonomie
um ungefähr
9 % in einem Fall eines klein-bemessenen Fahrzeuges (die Verdrängung ist
gleich zu oder niedriger als 660 Milliliter) bei einer konstanten
Geschwindigkeit von zum Beispiel 60 Km/h erreichen und die Verbesserung
in der Kraftstoffökonomie
beträgt
in dem Fall bei einem Kraftfahrzeug, das eine Verdrängung von
1,8 Liter hat, während
der konstanten Fahrt bei 60 Km/h, ungefähr 2 %.
-
(Zweites Ausführungsbeispiel)
-
9 zeigt
eine beispielhaft Darstellung eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispieles
des Kühlmittelsystems
für den
wassergekühlten
Motor entsprechend der vorliegenden Lehre. Das Kühlmittelsystem in dem zweiten
Ausführungsbeispiel
hat den Aufbau derart, dass ein heißes Wasser, eingeleitet von
dem Zylinderblock, durch den Heizerkern der Klimaanlage zirkuliert
wird. Es ist zu beachten, dass in dem Kühlsystem in dem zweiten Ausführungsbeispiel
die selben Bezugszahlen, wie die in dem ersten Ausführungsbeispiel
beschriebenen, entsprechend zu den gleichen Elementen, die in dem
ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben worden sind, verwendet werden. Wie in der 9 gezeigt,
enthält
das Kühlmittelsystem 1 in
dem zweiten Ausführungsbeispiel:
einen Kühler 7,
der als der Wärmetauscher
dient, indem das Kühlmittel,
das über
einen Kühlmittelkreislauf 3 ausströmt, in die
Rohre 6 zirkuliert wird, die zwischen den Kopfteilen 4 und 5 eingesetzt
sind; eine Motor-angetriebene Pumpe 8, die unabhängig von
dem Motor 2 angetrieben wird und in der das Kühlmittel zwischen
dem Motor 2 und dem Kühler 7 zirkuliert
wird; den Temperatursensor 9 als die Temperaturerfassungsvorrichtung zum
Erfassen der Kühlmitteltemperatur
innerhalb des Motors 2; den Kühlmittelkreislauf 10 auf
einem halben Weg, in den die Motor-angetriebene Pumpe eingesetzt
ist, um das Kühlmittel
von dem Kühler 7 zu
dem Motor 2 zu zirkulieren; den Drehantriebsmotor 12,
der den Lüfter 11 hat,
in dem die Windzuführung (Ventilation)
für die
Rohre 6 des Kühlers 7 ausgeführt wird;
das Thermostat (Ventil) 14, das auf halbem Wege in den
Kühlmittelkreislauf
(in das Kühlmittel-Zirkulationsrohr) 3 eingesetzt
ist, um das von dem Motor 2 zugeführte Kühlmittel in die Richtung zu
dem Kühler 6 in
dem Bypass-Kreislauf 13 zu verteilen und in die Richtung der
Ansaugseite der Motor-angetriebenen Pumpe 8 in Übereinstimmung
mit der Kühlmitteltemperatur
Tw zu zirkulieren; und die Steuerungseinrichtung 15, die
die Antriebsausgangsleistung der Motor-angetriebenen Pumpe 8 und
die Drehzahl des Drehantriebsmotors (des Lüftermotors) 12 auf
der Grundlage des erfassten Wertes, der durch den Temperatursensor 9 erfasst
worden ist, steuert. Zusätzlich
ist ein Heizerkern 26 einer Klimaanlage 25 auf
halbem Wege in dem Heißwasserkreislaufkanal 24,
eingeleitet von dem Motor 2, nämlich aus dem Kühlmittelkreislaufkanal 23 des
Motors 2, eingesetzt.
-
In
dem zweiten Ausführungsbeispiel
ist der Kühlmittelkreislaufkanal 23,
um den Zylinderkopf 21 mit dem Zylinderblock 22 in
dem Motor 2 zu verbinden, gebildet. Der zuvor beschriebene
Kühlmittelkreislauf 10 wird
mit dem Ende des Zylinderkopfes des Kühlmittelkreislaufkanals 23 verbunden.
-
Zusätzlich wird
der Kühlmittelkreislaufkanal 23,
der in dem Zylinderblock 22 gebildet ist, verzweigt und mit
dem Kühlmittelkreislauf 10 auf
der stromaufwärtigen
Seite der Motor-angetriebenen Pumpe 8 verbunden. Der Heißwasserkreislaufkanal 24 wird
mit dem Kühlmittelkreislaufkanal 23 verbunden.
Der Heizerkern 26 ist auf halbem Wege in den Heißwasserkreislaufkanal 24 eingesetzt,
so dass das Heißwasser
(das Motorkühlmittel)
innerhalb des Heizerkerns 26 hindurch geht. Ein elektromagnetisches
Ventil 27, das eine Einstellung der Strömungsmenge des Heißwassers
ausführt,
ist in den Heißwasserkreislaufkanal 24 eingesetzt,
der auf der stromaufwärtigen
Seite des Heizerkerns 26 angeordnet ist. Ein Ventilöffnungsgrad
des elektromagnetischen Ventils 27 (um das Ventil zu schließen oder
um das Ventil zu öffnen),
wird durch ein Steuerungssystem der Klimaanlage 25 richtig
eingestellt.
-
Der
zuvor beschriebene Kühlmittelkreislauf 3 wird
mit dem Ende des Zylinderblocks 22 des Kühlmittelkreislaufkanals 23 verbunden.
Dies bedeutet, dass das mittels der Motor-angetriebenen Pumpe 8 zugeführte Kühlmittel
in einer derartigen Weise festgelegt wird, dass das Kühlmittel
in den Zylinderkopf 21 eindringt und aus dem Zylinderblock 22 austritt.
Der Kühler 7 in
diesem Ausführungsbeispiel
ist durch einen so genannten Strömungs-Typ
in Längsrichtung,
der die Kopfteile 4 und 5 hat, die in einer mehrfa chen
Anzahl von Rohren 6 vertikal voneinander beabstandet sind,
die unmittelbar zueinander zwischen den Kopfteilen 4 und 5 angeordnet
sind, aufgebaut.
-
In
dem zweiten Ausführungsbeispiel
ist der Kühlmittelkreislauf 3 mit
dem Ende des Kühlmittelkreislaufkanals 23 des
Zylinderblocks 22 verbunden. In dem zweiten Ausführungsbeispiel
ist das Thermostat 14 auf halbem Wege in den Kühlmittelkreislauf 3 eingesetzt
und festgelegt, um allmählich
den Kühlmittelkreislauf 3 zu öffnen (den
Kühlmittelkreislaufkanal),
der zwischen dem am Zylinderblock 22 und dem oberen Kopfteil 4 verbindet,
wenn die Kühlmitteltemperatur
Tw gleich ist zu oder höher
als, zum Beispiel 100°C
ist, und um das Kühlmittelkreislaufrohr 3 vollständig zu öffnen, während der
Bypass-Kanal 13 vollständig
geschlossen wird, wenn die Temperatur Tw gleich ist zu oder höher als
105°C ist.
Der Thermostat 14 ist festgelegt, um das Kühlmittel
zu veranlassen, vollständig
in den Bypass-Kreislauf 13 zu strömen, wenn die Temperatur Tw
unter 100°C ist.
Zusätzlich
ist der Drehantriebsmotor 12, an dem der Lüfter 11 befestigt
ist, um die Rohre 6 des Kühlers 7 zu ventilieren,
an der Steuerungseinrichtung 15 montiert. Die Drehzahl
wird auf der Grundlage des Drehzahlsteuerungssignals Sr von der
Steuerungseinrichtung 15 gesteuert. Es ist zu beachten,
dass die Steuerungseinrichtung 15 den Drehantriebsmotor 12 steuert,
so dass die Temperatur des Kühlmittels,
das von dem Zylinderblock 22 eingeleitet wird, 105°C anzeigt.
Die Motor-angetriebene Pumpe 8 kann die Strömungsgeschwindigkeit
des Kühlmittels
auf der Grundlage des Stromungsgeschwindigkeitssteuerungssignals
Sv aus der Steuerungseinrichtung 15 variieren.
-
Der
Temperatursensor 9 ist, um die Erfassung der Temperatur
zu ermöglichen,
in der Nähe
eine Endabschnittes an dem Kühlmittelkreislaufkanal 23 des
Zylinderblocks 22 angeordnet.
-
In
dem zweiten Ausführungsbeispiel
steuert die Steuerungseinrichtung 15 die Strömungsmenge,
die durch die Motor-angetriebene Pumpe 8 erzeugt wird,
insbesondere die Reynoldszahl des Kühlmittels des Kühlers 7 und
die Drehzahl des Drehantriebsmotors 12 des Lüfters 11.
Durch Spezifizierung des Zustands des Kühlmittels, das in den Rohren 6 des
Kühlers 7 während des
Hochlastzustandes zirkuliert wird, kann eine Reduzierung des Leistungsverlustes
erreicht werden. Es ist möglich,
eine beträchtliche
Verbesserung in der Kraftstoffökonomie
zu erreichen.
-
In
dem zweiten Ausführungsbeispiel
wird das Heißwasser,
das auf eine annähernd
konstante Temperatur von 105°C
festgelegt und über
einen Heißwasserkreislaufkanal 24 von
dem Kühlmittelkreislaufkanal 23 des
Zylinderblocks 22 abgeleitet wird, festgelegt, um durch
den Heizerkern 26 der Klimaanlage 25 zirkuliert
zu werden und die zirkulierte Strömungsmenge kann mittels des
elektromagnetischen Ventils 27 gesteuert werden. Da in
der Klimaanlage die Wärmeaustauschmenge
zu der Luft entsprechend einer gesamten Wärmemenge und der Luftwindmenge
pro Zeiteinheit des Heizerkerns 26 festgelegt werden kann,
gestatten die Steuerungen über
die Heißwasser-Strömungsmenge
und über
die Windmenge eine festzulegende Ausblastemperatur (eine Windstoßtemperatur)
der Klimaanlage 2.
-
Die
Heißwasser-Strömungsmenge
und die Windmenge werden mittels des elektromagnetischen Ventils 27 so
gesteuert, dass ein Festlegen der Windstoßtemperatur der Klimaanlage 25 erreicht
werden kann. Überdies
ist die Beziehung zwischen der Kraftstoffökonomie und der Fluid-Strömungsmenge
in dem Fall des Heizerkerns 26, wie in dem Fall des Kühlers 7 die
selbe. Dies bedeutet, um die Strömungsrate
des Kühlmittels innerhalb
seines Rohres in den Bereich des Übergangsbereiches zwischen
dem laminaren Strömungszustand und
dem turbulenten Strömungszustand
oder von dem Teil der turbulenten Strömungszustandes zu bringen, der
in der Nähe
des laminaren Strömungszustandes
platziert ist, damit nämlich
die Reynoldszahl in den Bereich von 1800 bis 6000, vorzugsweise
in den Bereich von 2600, fällt,
werden die Motor-angetriebene Pumpe 8 und das elektromagnetische
Ventil 27 gesteuert, um eine festgelegte Strömungsmenge
des Kühlmittels
zu erreichen. Somit kann darin ein effizienter Wärmeaustausch erreicht werden.
Zusätzlich
kann solch eine Luftmischklappe, wie sie verwendet wird, um ein
Gemisch von gekühlter
Luft und heißer
Luft einzustellen, weggelassen werden und eine Klimaanlage 25 von
kleinerer Abmessung kann erreicht werden.
-
(Steuerungsverfahren des zweiten Ausführungsbeispieles)
-
Das
Steuerungsverfahren, das in einem Kühlsystem 1 für einen
wassergekühlten
Motor in dem zweiten Ausführungsbeispiel
anwendbar ist, wird in Bezug auf ein Ablaufdiagramm, das in der 10 gezeigt
ist, beschrieben.
-
Es
ist in dem zweiten Ausführungsbeispiel
zu beachten, dass, wenn die Kühlmitteltemperatur
in dem Kühlkreislaufkanal 23 des
Zylinderblocks 22 gleich zu einer Außentemperatur (zu der Umgebungstemperatur des
Fahrzeuges) zu der Zeit ist, bei der der Motor gestartet wird, dass
dann die elektromagnetisch betätigte (Motor-angetriebene)
Pumpe 8 für
5 Minuten in dem Fall eines Motorleerlaufs oder für 3 Minuten
in dem Fall eines Fahrzeugstarts, um zu fahren (Schritt S101), nicht
betätigt
wird (am Einschalten gehindert wird). Danach wird nach einer vorbestimmten
Zeitdauer (5 Minuten, wie oben beschrieben, oder nach 3 Minuten,
wie oben beschrieben) die Motor-angetriebene Pumpe 8 mit
einer Strömungsmenge
von 10 Liter/min (Schritt S102) betätigt. Es ist zu beachten, dass
das in der 10 gezeigte Programm während des
Einschaltens eines Fahrzeug-Zündungsschalters
und während
des Ausführung
in dem Schritt S101 weggelassen werden kann, und das Programm, das
in der 10 gezeigt ist, kann direkt
zu dem Schritt S103 gehen. Das Kühlmittel
strömt
in der Abfolge in den Zylinderkreislaufkanal 23, in den
Zylinderkopf 21 und den Zylinderblock 22. Die
Steuerungseinrichtung 15 startet, um die Kühlmitteltemperatur
in dem Kühlmittelkreislaufkanal 23 des
Zylinderblocks 22 zu lesen (und eine Raumtemperatur Troom
und um eine Ziel-Temperatur des Fahrgastraumes des Fahrzeuges zu
lesen) (Schritt S103). Das Thermostat 14 wird festgelegt,
um das Kühlmittel
zu veranlassen, in den Bypass-Kreislauf 13 zu strömen, um
so den Kühler 7 zu
umgehen, bis die Temperatur des Kühlmittels, das zirkuliert worden
ist, 100°C
erreicht hat. Wenn die Temperatur des Kühlmittels, das von dem Zylinderblock 23 abgeleitet
worden ist, bis auf 100°C
angestiegen ist, startet das Thermostat 14, um den Bypass-Kreislauf 13 zu schließen und
den Kühlmittelkreislauf 3 zu öffnen, so
dass das Kühlmittel
in die Richtung zu dem Kopfteil 4 des Kühlers 7 zirkuliert
wird. Wenn die Kühlmitteltemperatur
Tw gleich ist zu oder höher
ist als 105°C,
schließt
das Thermostat 14 vollständig den Bypass-Kreislauf 13 und öffnet vollständig das
Kühlmittelkreislaufrohr 3,
so dass das gesamte Kühlmittel
durch die Rohre 6 des Kühlers 7 zirkuliert
wird. Dies bedeutet, das von dem Kopfteil 4 eingeleitete
Kühlmittel
erreicht das Kopfteil 5 durch die Rohre 6.
-
Zu
dieser Zeit wird in einem Fall, wo die erfasste Temperatur mittels
des Temperatursensors 9 noch nicht 105°C, was eine festgelegte Ziel-Temperatur
ist, erreicht hat, der Drehantriebsmotor 12 nicht betätigt und der
Lüfter 11 wird
nicht gedreht. Das Kühlmittel,
das durch die Rohre 6 hindurch geht, ist nur dazu da, um
den Wärmeaustausch
mit der Außenluft
vorzunehmen, während
das Fahrzeug fährt.
Das Kühlmittel,
das von dem Kopfteil 5 hergeleitet wird, wird zu dem Kühlmittelkreislaufkanal 23 des
Zylinderkopfes 21 über
die Motor-angetriebene Pumpe 8 abgegeben. Es ist zu beachten,
dass die Temperatur des Kühlmittels,
das den Zylinderkopf 21 erreicht, auf zum Beispiel 85°C festgelegt
wird. Das Kühlmittel,
das von dem Zylinderkopf 21 eingeleitet wird, kühlt den
Zylinderkopf 21, kühlt
den Zylinderblock 22 und wird in den Kühlmittelkreislauf 3 eingeleitet,
so dass das Kühlmittel
durch die zuvor beschrieben Route zirkuliert wird. Als Nächstes bestimmt
eine Steuerungseinrichtung 15, ob ein Heizer in einem Schritt
104 verwendet wird. Es ist zu beachten, dass es eine Aufgabe ist,
dass der Heizer in dem Zustand verwendet wird, in dem eine tatsächliche
Raumtemperatur niedriger als die festgelegte Temperatur (als die
Ziel-Temperatur) in der automatischen Klimaanlage des Fahrzeuges
ist, oder ein Zustand ist, in dem der Heizerschalter einer manuell
betätigten
Klimaanlage des Fahrzeuges in diesem Zustand eingeschaltet wird.
-
Wenn
der Heizer verwendet wird (Ja in dem Schritt S104), geht das Programm
zu einem Schritt S105. In dem Schritt S105 bestimmt die Steuerungseinrichtung 15,
wenn der Temperaturwert des Fahrgastraumes höher als die Ziel-Temperatur
(die fest gelegte Temperatur) ist. Falls Troom größer als die Ziel-Temperatur
(Ja) in dem Schritt S105 ist, geht das Programm zu einem Schritt
S116. In dem Schritt S116 befiehlt die Steuerungseinrichtung 15 der
Motor-angetriebenen Pumpe 8 sich zu drehen, so dass die
gesamte Kühlmittel-Strömungsmenge
10 Liter/Minute (l/min) anzeigt. Dann geht das Programm zu einem
Schritt S117. In dem Schritt 117 befiehlt die Steuerungseinrichtung 15 dem
Thermostatventil 14, die Kühlmittel-Strömungsmengenrate
zwischen den Kanälen 3 und 13 einzustellen,
so dass die Temperatur Tw einen Wert anzeigt, der gleich zu oder
unter 105°C
ist. In dem nächsten
Schritt S106 bestimmt die Steuerungseinrichtung 15, wenn
die Temperatur Tw des Kühlmittels
höher als
105°C ist.
Falls Troom ≤ der
Ziel-Temperatur (Nein) in einem Schritt S105 ist, geht das Programm
zu einem Schritt S108. In dem Schritt S108 befiehlt die Steuerungseinrichtung 15 der
Motor-angetriebenen Pumpe 8, die Pumpe zu drehen, so dass
die Reynoldszahl (Re) des Kühlmittels
innerhalb des Rohres des Heizerkerns 26 gleich zu 2600
gemacht wird. Dann geht das Programm zu einem Schritt S107. In dem Schritt
S107 bestimmt die Steuerungseinrichtung 15, wenn die Kühlmitteltemperatur
Tw höher
als 80°C
ist. Falls Tw höher
als 80°C
in dem Schritt S107 (Ja) ist, geht das Programm zu dem Schritt S117.
Falls Tw ≤ 80°C (Nein)
in dem Schritt S107 ist, wird das Programm wiederholt und springt
zu dem Schritt S103.
-
Falls
Tw > 105°C (Ja) in
dem Schritt S106 ist, geht das Programm zu einem Schritt S109. Falls ≤ 105°C (Nein)
in dem Schritt S106 ist, geht das Programm zu einem Schritt S113.
Die Steuerungseinrichtung 15 bestimmt in dem Schritt S109,
ob der Lüfter 11 in
Betrieb ist. Falls der Lüfter 11 bestimmt
wird, dass er in Betrieb ist (Ja in dem Schritt S109), gibt die
Steuerungseinrichtung 15 das Drehgeschwindigkeitssteuerungssignal
Sr zu dem Drehantriebsmotor 12, um die Drehgeschwindigkeit
des Lüftermotors 12 zu
erhöhen,
so dass das Kühlmittel
innerhalb des Kühlmittelkreislaufkanals 23 des
Zylinderblocks 22 105°C
in einem Schritt S110 anzeigt. In einem Schritt S111, wenn der Lüfter 11 nicht
in dem Schritt S109 (Nein) betätigt
wird, führt
die Steuerungseinrichtung 15 die Bestimmung aus, ob die
Reynoldszahl des Kühlmittels
bei den Rohren 6 des Kühlers 7 2600 anzeigt.
In einem Schritt S111 wird, wenn die Reynoldszahl des Kühlmittels
2600 (Ja) beträgt,
die Drehgeschwindigkeit des Lüfters
erhöht,
so dass die Kühlmitteltemperatur
in dem Kühlmittelkreislaufkanal 23 des
Zylinderblocks 22 105°C
in dem Schritt S110 anzeigt. Falls in einem Schritt S111 Re = 2600
(Ja) beträgt,
steuert die Steuerungseinrichtung 15 die Erhöhung in
der Drehgeschwindigkeit des Lüfters 11,
so dass die Kühlmitteltemperatur
in dem Kühlmittelkreislaufkanal 23 des
Zylinderblocks 22 105°C
anzeigt (Schritt S110). Falls in einem Schritt S111 Re ≠ 2600 (Nein)
ist, steuert die Steuerungseinrichtung 15 die Motor-angetriebene
Pumpe 8, so dass die Reynolds zahl des Kühlmittels 2600 in einem Schritt
S112 anzeigt. Die Steuerungseinrichtung 15 setzt die Erfassung
der Kühlmitteltemperatur
mittels des Temperatursensors 9 fort. Andererseits, wenn
die Kühlmitteltemperatur
erfasst wird, um gleich zu oder niedriger als 105°C in dem
Schritt S106 (Nein) zu sein, bestimmt die Steuerungseinrichtung 15,
ob der Lüfter 11 in
dem Schritt S113 betätigt
wird.
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Wenn
der Lüfter 11 in
dem Schritt S113 nicht betätigt
wird (Nein), treibt die Steuerungseinrichtung 15 die Motor-angetriebene
Pumpe 8 bei 10 l/min in dem Schritt S114 an und fährt weiter
fort, die Kühlmitteltemperatur
zu erfassen. Zusätzlich
steuert, wenn der Lüfter 11 betätigt wird
(Ja in dem Schritt S113) die Steuerungseinrichtung 15 die
Drehgeschwindigkeit des Lüfters 11,
so dass die Kühlmitteltemperatur
in dem Kühlmittelkreislaufkanal 23 des
Zylinderblocks 22 105°C
anzeigt und die Drehgeschwindigkeit des Lüfters 11 reduziert wird,
um bei einer niedrigen Geschwindigkeit in dem Schritt S115 zu drehen,
und die Erfassung der Kühlmitteltemperatur
wird fortgesetzt (das Programm kehrt zu dem Schritt S103 zurück). Es
ist zu beachten, dass in dem zweiten Ausführungsbeispiel, wenn die Kühlmitteltemperatur,
die durch den Temperatursensor 9 erfasst worden ist, niedriger
als 80°C
ist, die Steuerungseinrichtung 15 den Antrieb der Motor-angetriebenen
Pumpe 8 antreibt, um das Kühlmittel mit einer relativ
kleinen Strömungsmenge
von 10 Litern/min zu zirkulieren. Daher wird die extra-Wärmeabstrahlung
des Kühlmittels
unterdrückt,
die Temperatur wird schnell angehoben, die Steuerungszeitdauer während der
Erhöhung
in der Menge der Kraftstoffeinspritzmenge während des Motorleerlaufs, der
für die
Kühlmitteltemperatur,
um gleich zu oder höher
als die vorbestimmt Kühlmitteltemperatur (80°C) zu werden,
ausgeführt
wird, und die Kraftstoffökonomie
können
erreicht werden.
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Wenn
die Kühlmitteltemperatur,
die mittels des Temperatursensors 9 erfasst worden ist,
gleich ist zu oder oberhalb von 105°C ist, die die festgelegte Ziel-Temperatur
ist, fällt
in dem zuvor beschriebenen Steuerungsverfahren durch die Steuerungseinrichtung 15 der
Strömungszustand
(die Strömung)
des Kühlmittels, das
in den Rohren 6 des Kühlers 7 zirkuliert,
in den Übergangsbereich
zwischen dem laminaren Strömungszustand
und dem turbulenten Strömungszustand
oder fällt
in den turbulenten Strömungsbereich,
der in der Nähe
zu diesem Übergangsbereich
platziert ist, wie in 5 gezeigt ist. Der Antrieb der
Motor-angetriebenen Pumpe 8 kann gleichzeitig ausgeführt werden,
so dass das Kühlmittel
in dem wassergekühlten
Motor 2 und dem Kühler 7 durch
die festgelegte Strömungsmenge
zirkuliert wird. In dem zweiten Ausführungsbeispiel kann die Reduzierung
des Leistungsverlustes infolge der reduzierten Strömungsmenge
des Kühlungsmittels
mittels der Motor-angetriebenen Pumpe 8 selbst unter der
Hochlast, die auf den Motor 2 wirkt, erreicht werden. Die Temperaturdifferenz
am Ein gang und am Ausgang des Kühlers 7 und
die Verbesserung in der Strömungsmenge,
bei der das Kühlmittel
veranlasst wird, aus dem Zylinderkopf 21 zu strömen, kann
das Kühlmittel
mit einer niedrigen Kühlmitteltemperatur
(ungefähr
85°C) steuern,
um so ein Motorklopfen am Auftreten in dem Zylinderkopf 21 zu
hindern und kann das Kühlmittel
bei der hohen Kühlmitteltemperatur
steuern, um so den Reibungsverlust infolge eines Ölreibungsverlustes
an dem Zylinderblock 22 zu reduzieren. Zusätzlich gestattet der
Gebrauch der Motor-angetriebenen Pumpe 8 eine optimale
Steuerung der Strömungsqualität des Kühlmittels,
so dass der Leistungsverlust der Motor-angetriebenen Pumpe selbst
reduziert werden kann.
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Wenn
das Kühlsystem 1,
das das zuvor beschriebene Steuerungsverfahren ausführt, in
dem Fahrzeug angewandt wird, kann eine sichere Reduzierung in der
Strömungsmenge
des Kühlmittels
mittels der Motor-angetriebenen Pumpe 8 ungefähr 9 % einer
Kraftstoffökonomie
in einem Fall eines Fahrzeuges mit kleiner Abmessung erreichen und
ungefähr
2 % der Kraftstoffökonomie
in dem Fall des Kraftfahrzeuges erreichen, das eine Motorverdrängung von
1,8 Litern während
einer konstanten Geschwindigkeitsfahrt bei zum Beispiel 60 Km/h
hat. Dann kann der Hochtemperaturzylinderblock 22 ungefähr 1 % der
Kraftstoffökonomie
in dem Fall des Fahrzeuges mit kleiner Abmessung und ungefähr 3 % der
Kraftstoffökonomie
in dem Fall des Fahrzeuges, das eine Verdrängung von 1,8 Litern hat, während der
Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit von 60 Km/h, erreichen.
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Zusätzlich kann,
da in dem zweiten Ausführungsbeispiel
das Kühlmittel
(das heiße
Wasser), das durch den Zylinderblock 22 hindurch gegangen
ist, durch den Heizerkern 26 der Klimatisierungsanlage 25 hindurch geht,
solch eine Luftmischklappe, wie sie in den normalerweise verfügbaren Klimaanlagen
erforderlich ist, weggelassen werden, wobei eine kleine Abmessung
der Klimaanlage 25 erreicht werden kann, und der Temperaturanstieg
in dem Heizerkern 26 schnell vorgenommen werden kann.
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Wie
zuvor beschrieben, ist das Kühlsystem 1 in
jedem von dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben
worden. Die vorliegende Lehre ist nicht auf diese begrenzt. Verschiedene
Modifikationen in der Auslegung können vorgenommen werden, ohne
vom Geist der vorliegenden Lehre abzuweichen.
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Zum
Beispiel wird in dem zuvor beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispielen
die Motor-angetriebene Pumpe 8 gesteuert, so dass die Reynoldszahl
des Kühlmittels
der Rohre 6 2600 anzeigt. Jedoch ist die Reynoldszahl des
Kühlmittels
nicht auf 2600 begrenzt und die Strömungsmenge des Kühlmittels, das
in den Rohren 6 strömt,
kann dem Bereich von 1800 bis 6000 der Reynoldszahl entsprechen.
Zusätzlich ist
in jedem von dem ersten und von dem zweiten Ausführungsbeispiel das Kühlsystem 1 entsprechend
der vorliegenden Erfindung in dem Kühler 7, der den Aufbau
eines so genannten Längsströmungs-Typs
hat, in dem die Kopfteile 4 und 5 vertikal angeordnet
sind, anwendbar. Jedoch ist die vorliegende Lehre auf den Kühler anwendbar,
der einen anderen Aufbau hat, in dem beide Kopfstücke seitlich
angeordnet sind (ein so genannter seitlic
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Die
Tabelle 3 repräsentiert
die Beziehung zwischen der Kühlerleistung
(der Kühlerabstrahlungsmenge Q),
der Windgeschwindigkeit (Windgeschwindigkeit Va) und der Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit
(Gw), wenn 39 Rohre (jedes Rohr ist in der 8 gezeigt)
in dem Kühler
des Seitenströmungs-Typs
angeordnet sind und dieser Kühler
des Seitenströmungs-Typs
verwendet wird.
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Tabelle
3 zeigt eine Kombination der Windgeschwindigkeit (Va) und der Kühlmittel-Strömungsgeschwindigkeit
(Gw), um die selbe Leistung (Kühlerwärmeverteilung
(Kühlermenge)
(Q)) mit dem selben Kühler zu
zeigen. Wie in der Tabelle 3 gezeigt, ist es möglich, die Windgeschwindigkeit
und die Kühlmittel-Strömungsmenge
richtig auszuwählen,
um die selbe Kühlermenge
(die Wärmeverteilung)
(Q) von 3,4 × 104 W zu zeigen.
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Zusätzlich repräsentiert
die Tabelle 4 Versuchwerte der Wirkungen des Lüfters für den Kühler vom Seitenströmungs-Typ
und von der Motor-angetriebenen Pumpe.
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In
der Tabelle 4 beträgt
die Reynoldszahl (Re), wenn die gesamte erforderliche Leistung minimal
bei 230 W ist, 3300 und 4000. Es kann bestätigt werden, dass die Reynoldszahlen
von 3300 und 4000 in den Bereich von 1800 bis 6000 fallen, was die
erforderliche Leistung, um den Motor
2 zu kühlen, minimiert.
Wie zuvor beschrieben, da die gesamt erforderliche Leistung minimal
230 W beträgt,
kann eine weiterer niedrigerer Leistungsverbrauch in dem Fall des
Kühlers
vom Seitenströmungs-Typ,
als in dem Fall in des Kühlers
vom Längsströmungs-Typ,
erreicht werden. Tabelle 1
| Q(W) × 104 | 3,4 | 3,4 | 3,4 | 3,4 | 3,4 | 3,4 |
| Va
(m/s) | 2,40 | 2,50 | 2,65 | 3,07 | 3.20 | 5,75 |
| Gw
(l/min) | 120 | 80 | 60 | 40 | 30 | 20 |
Tabelle 2
| Gesamte
erforderliche Leistung (W) | 901
W | 510
W | 384
W | 316
W | 280
W | 642
W |
| Gw | W | 800 | 400 | 260 | 150 | 100 | 60 |
| l/min | 120 | 80 | 60 | 40 | 30 | 20 |
| Re | 1300 | 6900 | 5200 | 3500 | 2600 | 1700 |
| Va | W | 101 | 110 | 124 | 166 | 180 | 582 |
| Va | 2,40 | 2,50 | 2,65 | 3,07 | 3,2 | 5,75 |
Tabelle 3
| Q(W) × 104 | 3,4 | 3,4 | 3,4 | 3,4 | 3,4 | 3,4 |
| Va
(m/s) | 2,40 | 2,42 | 2,52 | 3,78 | 3.08 | 5,11 |
| Gw
(l/min) | 120 | 80 | 60 | 40 | 20 | 10 |
Tabelle 4
| Gesamte
reduzierte Leistung (W) | 900 | 502 | 371 | 274 | 230 | 230 | 370 |
| Gw | W | 800 | 400 | 260 | 150 | 100 | 60 | 20 |
| l/min | 120 | 80 | 60 | 40 | 30 | 20 | 10 |
| Re | 20000 | 13000 | 10000 | 6685 | 4000 | 3300 | 1670 |
| Va | W | 100 | 102 | 111 | 124 | 130 | 170 | 350 |
| Va | 2,40 | 2,42 | 2,52 | 2,66 | 2,78 | 3,08 | 5,11 |