DE69819653T2

DE69819653T2 - Kühlwasserrückführungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69819653T2
Application number: DE69819653T
Authority: DE
Inventors: Makoto Toyota-shi Aichi-ken Suzuki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-10-09
Filing date: 1998-09-14
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2018-09-15
Also published as: EP0908609A2; JPH11117739A; EP0908609B1; US6325026B1; EP0908609A3; DE69819653D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühlwasserrückführungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor.
2. Beschreibung des Stands der Technik
In einer Kühlwasserrückführungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor, wird von einem Verbrennungsmotorkörper abgestrahlte Wärme durch Kühlwasser aufgenommen und ein Teil der aufgenommenen Wärme wird als Wärmequelle für einen Insassenraum-Heizer verwendet.
Infolgedessen wird das Kühlwasser, das durch einen in dem Verbrennungsmotorkörper vorgesehenen Motorraum-Kühlwasserverbindungskanal, d. h. einem sog. Wassermantel strömte und welches durch die Aufnahme von Wärme des Verbrennungsmotorkörpers während des Durchströmens aufgewärmt wurde, von dem Verbrennungsmotorkörper an den Insassenraum-Heizer über einen Heizer-Rückführungsseitenkreislauf eingespeist, um den Verbrennungsmotorkörper und den Insassenraum-Heizer zum Rückführen miteinander zu verbinden.
Jedoch arbeitet der Insassenraum-Heizer sofort nach dem Anlassbetrieb des Verbrennungsmotors weniger, da das Kühlwasser weniger aufgewärmt ist.
Dementsprechend offenbart zum Beispiel die japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. Sho 59-14706 eine Technik für die Bereitstellung einer Heizvorrichtung auf halbem Wege des Heizer-Rückführungsseitenkreislaufs zum Beheizen des Kühlwassers durch die Verwendung von Abgasen des Verbrennungsmotors als Heizmedium, sowie zum Betreiben der Heizvorrichtung nach dem Aufwärmvorgang von dem Verbrennungsmotor, um Kühlwasser für den Insassenraum-Heizer zu erwärmen. Gemäß dieser Technik, ist die Wirkung des Insassenraum-Heizers nach dem Anlassbetrieb des Verbrennungsmotors weiter entwickelt als durch herkömmliche.
Außerdem ist eine Kühlwasserrückführeinrichtung in WO 97/16633 beschrieben.
Jedoch wird selbst gemäß der Technik, die in der vorstehend beschriebenen Veröffentlichung offenbart ist, die Menge der Rückführung des Kühlwassers erhöht, da das Kühlwasser dazu veranlasst wird, immer nach dem Aufwärmvorgang in den Insassenraum-Heizer zu strömen. Außerdem wird, da die Wärme in dem Insassenraum-Heizer abgestrahlt wird, selbst wenn das Kühlwasser durch die Heizvorrichtung aufgeheizt wurde, der Heizwirkungsgrad der gesamten Kühlwasserrückführung vermindert. Infolge dessen ist die Verbesserung der Wirkung des Heizers nicht befriedigend.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der vorstehend aufgelisteten Mängel gemacht und deshalb ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Startbetrieb des Heizers nach dem Anlassen des Verbrennungsmotors zu beschleunigen und den Aufwärmvorgang zufriedenstellend zu beschleunigen.
Die Aufgabe wird durch eine Kühlwasserrückführungseinrichtung gelöst, welche die im Anspruch 1 definierten kennzeichnenden Merkmale aufweist.
In diesem Fall ist es möglich einen elektrischen Heizer oder einen Verbrennungsheizer für eine Unterstützungsheizeinrichtung zu verwenden.
Die Kühlwasserströmungsdurchgangs-Schalteinrichtung kann ein Thermostat oder vom Typ der Thermostat-Strömungsdurchgangsschaltventile sein, um den Strömungsdurchgang durch die Verwendung der Kühler-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur als Schwellwert zu schalten.
Außerdem kann das Stromregelventil ein Thermostat oder vom Typ der Thermostat-Stromregelventile zum Öffnen und Schließen sein und zwar durch die Verwendung der Heizer-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur als ein Schwellwert. Wenn das Kühlwasser aufgewärmt ist, so dass das Stromregelventil geöffnet wird, wird das Kühlwasser durch den Heizer-Rückführungsseitenkreislauf rückgeführt und wenn das Kühlwasser abgekühlt ist, so dass das Stromregelventil geschlossen wird, wird das Kühlwasser nicht durch den Heizer-Rückführungsseitenkreislauf rückgeführt. Jedoch ist das Stromregelventil nicht so aufgebaut, dass kein Kühlwasser im geschlossenen Zustand strömt. Es ist zu bevorzugen, einer kleinen Menge von Kühlwasser das Strömen bis zu einem gewissen Grad zum Ermitteln der Temperatur des Kühlwassers zu ermöglichen, so dass dessen Temperatur ermittelt werden kann.
Die Heizer-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur zum Steuern des Öffnens/Schließens des Stromregelventils ist so eingestellt, dass sie gleich oder kleiner ist als die Kühler-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur zum Steuern der Strömungsdurchgangsschaltung von der Kühlwasserdurchgangs-Schalteinrichtung. Wenn dementsprechend das Stromregelventil geschlossen ist und das Kühlwasser nicht durch den Heizer-Rückführungsseitenkreislauf rückgeführt wird, ist der Heizer-Rückführungsseitenkreislauf immer geschlossen und das Kühlwasser wird nicht durch diesen Kreislauf rückgeführt, sondern nur durch den Kühlerumleitungskreislauf rückgeführt.
Dementsprechend wenn die Temperatur von dem Kühlwasser so niedrig ist, dass die Temperatur von dem Kühlwasser das Stromregelventil wie beim Startbetrieb schließt, wird das Kühlwasser nur durch den Kühlerumleitungskreislauf rückgeführt. Zu diesem Zeitpunkt nimmt das Kühlwasser, das durch den Kühlwasserinnendurchgang von dem Verbrennungsmotorkörper strömt, die Wärme von dem Verbrennungsmotorkörper auf und zur selben Zeit nimmt es die Wärme von der Unterstützungsheizeinrichtung auf. Andererseits strömt zu diesem Zeitpunkt das Kühlwasser überhaupt nicht durch den Heizer-Rückführungsseitenkreislauf und selbst wenn das Wasser strömt, ist die Menge des Wassers sehr klein. Deshalb ist eine von dem Heizer abgestrahlte Wärme sehr klein. Da nämlich die Wärme, die von dem Kühlwasser aufgenommen wird, sehr groß ist und die abgestrahlte Wärme von dem Kühlwasser sehr klein ist, ist es möglich, die Temperatur des Kühlwassers schnell anzuheben. Infolgedessen ist es möglich, die Temperatur des Verbrennungsmotorkörpers schnell anzuheben und die Aufwärmzeit des Verbrennungsmotors zu verkürzen. Außerdem ist es möglich zu verhindern, dass die kalte Luft für eine lange Zeitdauer in den Insassenraum geblasen wird während eine Temperatur des Kühlwassers niedrig ist.
Wenn außerdem die Kühlwassertemperatur nach dem Aufwärmvorgang angehoben ist und das Stromregelventil geöffnet ist, wird eine große Menge von Kühlwasser auch durch den Heizer-Rückführseitenkreislauf rückgeführt. Die ausreichende Abstrahlung von Wärme von dem Heizer ist bewirkt. Infolgedessen wird die erwärmte Luft in den Insassenraum eingespeist. Außerdem nimmt in diesem Fall das Kühlwasser die Wärme von dem Verbrennungsmotorkörper und der Unterstützungsheizeinrichtung auf. Dementsprechend ist die Temperatur des Kühlwassers bei einem Gleichgewicht hoch, bei dem die aufgenommene Wärmemenge des Kühlwassers im Gleichgewicht mit der Wärmeabstrahlungsmenge des Heizers ist. Folglich ist die Wärmeabstrahlungsmenge des Heizer gesteigert und der Insassenraum-Heizer arbeitet gut.
Wenn dann die Temperatur des Kühlwassers weiter angehoben wird, um die Kühler-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur zu übersteigen, schließt die Kühlwasserdurchgangs-Schalteinrichtung den Kühlerumleitungskreislauf und der Strömungsdurchgang wird umgeschaltet, so dass es dem Kühlwasser ermöglicht wird, durch den Kühler-Rückführungsseitenkreislauf zu strömen. Dann wird die Temperatur des Kühlwassers durch den Kühler so angepasst, dass sie auf einer geeigneten Temperatur, entsprechend einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors, gehalten wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den beigefügten Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Kühlwasserrückführungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist eine Ansicht, die ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 ist eine Ansicht, die noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
4 ist eine Ansicht, die noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt; und
5 ist eine Ansicht, die noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, hat ein Motor 1 (Verbrennungsmotor) folgende Elemente: einen Kühler 5 auf der linken Seite bezüglich eines Motorkörpers 3 als Mitte, einen Insassenraumheizkern 7 auf dessen rechter Seite und einen Ölkühler 9 an dessen unterer Seite. Diese Komponenten 5, 7 und 9 sind über einen Kühlwasseraußendurchgang 11 um den Motorkörper 3 verbunden. Der Kühlwasseraußendurchgang 11 ist jeweils aus Verbindungsdurchgängen 13, 14, 19, 21, 30 und 32 aufgebaut, die in dieser Reihenfolge erklärt werden.
Der Motorkörper (Verbrennungsmotorkörper) 3 wird entsprechend einem Betriebszustand des Motors 1 auf einer geeigneten Temperatur gehalten und zwar indem das Kühlwasser (nicht dargestellt) dazu veranlasst wird, die große Menge von Wärme aufzunehmen, welche durch den Betrieb des Motors 1 erzeugt wird. Um dies zu erreichen, wird ein wohlbekannter Wassermantel (Kühlwasserinnendurchgang) 12, durch den Kühlwasser strömt, in dem Innenraum des Motorkörpers 3 ausgebildet.
Wenn die von dem Motorkörper 3 abgestrahlte Wärme von dem Kühlwasser aufgenommen wird während das Kühlwasser durch den Wassermantel 12 strömt, strahlt der Kühler 5 die Wärme von dem Kühlwasser in die Atmosphäre ab. Der Insassenraumheizkern 7 verwendet als Heizmedium einen Teil des Kühlwassers, welches die von dem Motorkörper 3 abgestrahlte Wärme aufnimmt, um dadurch einen Warmluftstrom in den Insassenraum bereitzustellen.
Der Ölkühler 9 ist so angepasst, dass er das in dem Motor 1 befindliche Schmieröl kühlt und zwar durch die Verwendung von Kühlwasser als Kühlmittel.
Der Kühlwasseraußendurchgang 11 ist so angepasst, dass er miteinander in Verbindung steht mit dem Motorkörper 3, dem Kühler 5, dem Insassenraumheizkern 7 und dem Ölkühler 9 wie oben beschrieben und zur selben Zeit das Kühlwasser zu diesen Komponenten speist.
In 1 ist der Verbindungsdurchgang 13, der ein Teil des Kühlwasseraußendurchgangs 11 ist, oberhalb dem Motorkörper 3 angeordnet. Dann verbindet der Verbindungsdurchgang 13 eine Heizer-Seitenöffnung 12a des Wassermantels 12, die zur zum Heizkern 7 zugewandten Seite offen ist und einen Kühlereinlass 5a miteinander, welcher auf dem oberen Abschnitt von dem Kühler 5 vorgesehen ist, um es dem Kühlwasser zu ermöglichen, vom Motorkörper 3 zum Kühler 5 zu strömen. Deshalb wird auf diesen Verbindungsdurchgang 13 mit zum Kühler führender Verbindungsdurchgang 13 Bezug genommen.
Der zum Kühler führende Verbindungsdurchgang 13 ist ein Durchgang, um es dem Kühlwasser zu ermöglichen hindurch zu strömen, wobei das Kühlwasser während des Durchströmens durch den Wassermantel 12 Wärme von dem Motorkörper 3 aufnimmt und empfängt.
Außerdem ist ein Verbindungsdurchgang 14, der ein anderer Teil des Kühlwasseraußendurchgangs 11 ist, unterhalb angeordnet und zwar zwischen dem Kühler 5 und dem Motorkörper 3 in 1. Dann ist dieser Verbindungsdurchgang 14 so angepasst, um den Kühlerauslass 5b und die Kühler-Seitenöffnung 12b des Motorkörpers 3, die zur zum Kühler 5 zugewandten Seite geöffnet ist, zu verbinden, um es dem Kühlwasser zu ermöglichen, vom Kühler 5 zum Motorkörper 3 zu strömen. Dementsprechend wird auf diesen Verbindungsdurchgang 14 als zum Motorkörper führender Verbindungsdurchgang 14 Bezug genommen. Der zum Motorkörper führende Verbindungsdurchgang 14 ist auf halbem Wege mit einem Strömungsdurchgangsschaltventil (Kühlwasserdurchgangs-Schalteinrichtung) 15 und einer Wasserpumpe 17 versehen, um den Kühler 5 auszubilden.
Die Wasserpumpe 17 ist so angepasst, dass sie das Kühlwasser zum gesamten Kühlwasseraußendurchgang 11 einspeist.
Außerdem ist der Verbindungsdurchgang 19, der noch ein anderes Bauteil von dem Kühlwasseraußendurchgang 11 ist und welcher eine L-Form aufweist, zwischen dem Strömungsdurchgangsschaltventil 15 und einer der Kühler-Seitenöffnung 12c angeordnet, welche der oberen der aus dem Wassermantel 12 des Motorkörpers 3 führenden Öffnungen entspricht, die zur zum Kühler 5 zugewandten Seite geöffnet sind.
Der Verbindungsdurchgang 19 ist ein Umleitungsdurchgang zum Umleiten um den Kühler 5 und um ein Strömen des Kühlwassers zu ermöglichen, wenn die Temperatur von dem Kühlwasser nicht so hoch ist, dass es durch Strömen durch den Kühler 5 zu kühlen ist. Dementsprechend wird nachfolgend auf den Verbindungsdurchgang 19 Bezug genommen mit einem Kühlerumleitungsdurchgang 19.
Das Strömungsdurchgangsschaltventil 15 ist vom Typ der Thermostat-Schaltventile. Wenn die Temperatur von dem Kühlwasser eine Kühler-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur T₁ übersteigt, wird die dem Kühlerumleitungsdurchgang 19 zugewandte Seite von dem Ventil geschlossen und die dem Kühler 5 zugewandte Seite von dem Ventil geöffnet, um es dem Kühlwasser zu ermöglichen, durch den Kühler 5 zu strömen. Wenn die Temperatur von dem Kühlwasser niedriger ist als die Kühler-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur T₁, wird die dem Kühler 5 zugewandte Seite von dem Ventil geschlossen und die dem Kühlerumleitungsdurchgang 19 zugewandte Seite von dem Ventil geöffnet, um es dem Kühlwasser zu ermöglichen, durch den Kühlerumleitungsdurchgang 19 zu strömen. Folglich schaltet das Strömungsschaltventil 15 den Strömungspfad von dem Kühlwasser um.
Außerdem ist der Verbindungsdurchgang, welcher durch die Bezugsnummer 21 gekennzeichnet ist, zwischen dem Heizkern 7 und dem Motorkörper 3 auf der rechten Seite von 1 auch ein Bauteil des Kühlwasseraußendurchgangs 11 und erstreckt sich gerade zu dem Einlassanschluss 7a von dem Insassenraumheizkern 7 von der Heizer-Seitenöffnung 12a des Wassermantels 12. Der Verbindungsdurchgang 21 ist so angepasst, um das Kühlwasser zu veranlassen, vom Motorkörper 3 zu dem Heizkern 7 zu strömen. Dementsprechend wird auf diesen Verbindungsdurchgang mit einem zum Heizkern führenden Verbindungsdurchgang 21 Bezug genommen.
Ein Thermostat-Stromregelventil 23 ist im Wesentlichen in dem Mittelabschnitt M des zum Heizkern führenden Verbindungsdurchgang 21 angeordnet.
Der Aufbau von dem vorstehend beschriebenen Strömungsdurchgangsschaltventil 15 und dem Stromregelventil 23 ist gut bekannt. Deshalb wird ihre detaillierte Erklärung weggelassen.
Das Stromregelventil 23 ist geöffnet, um das Strömen des Kühlwassers zu ermöglichen, wenn die Temperatur von dem Kühlwasser eine Heizer-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur T₂ übersteigt und das Stromregelventil 23 ist geschlossen, um die Strömung des Kühlwassers anzuhalten, wenn die Temperatur von dem Kühlwasser nicht höher ist als die Heizer-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur T₂. Übrigens verursacht das Stromregelventil 23 nicht, dass kein Kühlwasser strömt, selbst wenn das Stromregelventil 23 geschlossen ist. Selbst wenn das Stromregelventil 23 geschlossen ist, kann eine kleine Menge von Kühlwasser durch kleine Bohrungen (nicht dargestellt) strömen, um die Temperatur zu ermitteln. Genauer kann gesagt werden, dass die Menge von dem Kühlwasser, welches durch den zum Heizkern führenden Verbindungsdurchgang 21 strömt, durch das Stromregelventil 23 reduziert wird und zwar für den Fall, dass die Temperatur von dem Kühlwasser nicht höher ist als die Heizer-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur T₂. In dem Stromregelventil 23 strömt beispielsweise das Kühlwasser mit ungefähr 0,5 Litern pro Minute.
Übrigens wird die Heizer-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur T₂ von dem Stromregelventil 23 so eingestellt, dass sie nicht höher ist, als die Kühler-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur T₁ von dem Strömungsdurchgangsschaltventil 15. Zum Beispiel wird die Kühler-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur T₁ auf 82°C eingestellt und die Heizer-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur T₂ wird auf 60°C eingestellt.
Außerdem sind der vorstehend beschriebene zum Motorkörper führende Verbindungsdurchgang 14 und der vorstehend beschriebene zum Heizkern führende Verbindungsdurchgang 21 miteinander verbunden und zwar über einen Ölkühler-Kühlwasser-Verbindungsdurchgang 30, der mit dem Ölkühler 9 versehen ist. Dieser Ölkühler-Kühlwasser-Verbindungsdurchgang 30 ist auch ein Bauteil von dem Verbindungsdurchgang, welcher den Kühlwasseraußendurchgang 11 darstellt. Ein Kühler-Seitenende 30a von dem Ölkühler-Kühlwasser-Verbindungsdurchgang 30 ist angeschlossen an einen stromabwärts zugewandten Abschnitt von der Wasserpumpe 17 des zum Motorkörper führenden Verbindungsdurchgangs 14. Außerdem ist ein Heizkern-Seitenende 30b von dem Ölkühler-Kühlwasser-Verbindungsdurchgang 30 angeschlossen an eine Verbindungsstelle C stromaufwärts von dem Einlass 13a von dem Stromregelventil 23 und dem zum Kühler führenden Verbindungsdurchgang 13 in dem zum Heizkern führenden Verbindungsdurchgang 21.
Übrigens ist in diesem Ausführungsbeispiel der Ölkühler-Kühlwasser-Verbindungsdurchgang 30 außerhalb des Motorkörpers 3 als ein Bauteil von dem Kühlwasseraußendurchgang 11 vorgesehen. Jedoch ist es möglich, den Ölkühler-Kühlwasser-Verbindungsdurchgang 30 im Innenraum von dem Motorkörper 3 vorzusehen und zwar getrennt von dem Wassermantel 12.
Des Weiteren ist ein anderer Verbindungsdurchgang, welcher den Kühlwasseraußendurchgang 11 bildet, ein Verbindungsdurchgang 32 zum Verbinden eines Auslasses 7b des Insassenraumheizkerns 7 und des zum Motorkörper führenden Verbindungsdurchgangs 14. Der Verbindungsdurchgang 32 ist so angepasst, dass er das Kühlwasser, welches in den Heizkern 7 eingeleitet wurde, zurück zu der Wasserpumpe 17 führt. Außerdem ist die Verbindungsstelle zwischen dem Verbindungsdurchgang 32 und dem zum Motorkörper führenden Verbindungsdurchgangs 14 zwischen dem vorstehend beschriebenen Strömungsdurchgangsschaltventil 15 und der vorstehend beschriebenen Wasserpumpe 17 angeordnet.
Dann kann das Kühlwasser zwischen dem Kühler 5 und dem Motorkörper 3 und zwischen dem Innenraumheizkern 7 und dem Motorkörper 3 durch die jeweiligen Verbindungsdurchgänge 13, 14, 19, 21, 30 und 32 rückgeführt werden.
Außerdem ist ein elektrischer Heizer (Unterstützungsheizeinrichtung) 34 zum Heizen des Kühlwassers, welches durch den Wassermantel 12 strömt, in der Umgebung von der obigen Heizer-Seitenöffnung 12a in dem Wassermantel 12 des Motors 1 vorgesehen. Der elektrische Heizer 34 ist in Betrieb, wenn die Temperatur des Kühlwassers nicht höher ist als eine Unterstützungsheiz-Obergrenztemperatur T₃. Der elektrische Heizer 34 wird so gesteuert, dass er nicht in Betrieb ist, wenn seine Temperatur eine Unterstützungsheiz-Obergrenztemperatur T₃ übersteigt. In diesem Fall ist in diesem Ausführungsbeispiel die Unterstützungsheiz-Obergrenztemperatur T₃ höher als die Heiz-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur T₂ des Stromregelventils 23, aber niedriger als die Kühler-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur T₁ des Strömungsdurchgangsschaltventils 15 (T₁ > T₃ > T₂). Jedoch ist bezüglich der Beziehung zwischen der Kühler-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur T₁ und der Unterstützungsheiz-Obergrenztemperatur T₃ möglich, die Unterstützungsheiz-Obergrenztemperatur T₃ höher einzustellen als die Kühler-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur T₁ (T₃ > T₁> T₂).
Des Weiteren ist ein Wassertemperatursensor 36 zum Ermitteln der Temperatur des Kühlwassers an einer Position entfernt von dem elektrischen Heizer 34 im Wassermantel 12 des Motors 1 angeordnet.
Die Kühlwasserrückführungseinrichtung A für den Verbrennungsmotor gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist auf diese Weise aufgebaut.
In solch einer Kühlwasserrückführungseinrichtung A für einen Verbrennungsmotor wird zwischen dem Kühler 5 und dem Motorkörper 3 das Kühlwasser, welches von der Heizer-Seitenöffnung 12a des Wassermantels 12 abgeführt wurde, in den zum Heizkern führenden Verbindungsdurchgang 21 eingeleitet. Sofort danach wird das Kühlwasser in den zum Kühler führenden Verbindungsdurchgang 13 eingeleitet.
Danach wird das Kühlwasser in den Kühler 5 eingeleitet und kehrt durch den zum Motorkörper führenden Verbindungsdurchgang 14 zurück zum Wassermantel 12, wenn das Strömungsdurchgangsschaltventil 15 auf der Kühler 5 zugewandten Seite öffnet. Auf den Durchgang, durch den das Kühlwasser auf diese Weise rückgeführt wird, wird als Kühler-Rückführungsseitenkreislauf E Bezug genommen. Übrigens, wenn die dem Kühler 5 zugewandte Seite des Strömungsdurchgangsschaltventils 15 geschlossen ist und die dem Kühlerumleitungsdurchgang 19 zugewandte Seite des Ventils 15 dabei geöffnet ist, wird es dem Kühlwasser nicht ermöglicht, durch den Kühler 5 zu strömen.
Da der zum Motorkörper führende Verbindungsdurchgang 14 auch in Verbindung mit dem Ölkühler-Kühlwasser-Verbindungsdurchgang 30 ist, wenn das Kühlwasser durch den Kühler-Rückführungsseitenkreislauf E rückgeführt wird, wird es dem Kühlwasser auch ermöglicht, durch den Ölkühler-Kühlwasser-Verbindungsdurchgang 30 zu strömen. Das Kühlwasser, welches in den Ölkühler-Kühlwasser-Verbindungsdurchgang 30 eingeleitet wurde, wird stromaufwärts von dem Stromregelventil 23 in den zum Heizkern führenden Verbindungsdurchgang 21 ausgestoßen.
Außerdem wird zwischen dem Insassenraumheizkern 7 und dem Motorkörper 3 das Kühlwasser, welches von der Heizer-Seitenöffnung 12a des Wassermantels 12 abgeführt wurde, in den zum Heizkern führenden Verbindungsdurchgang 21 eingeleitet. Danach, wenn das Stromregelventil 23 geöffnet ist, strömt das Kühlwasser durch das Stromregelventil 23, um den Insassenraumheizkern 7 zu erreichen. Das Kühlwasser wird in den zum Motorkörper führenden Verbindungsdurchgang 14 eingeleitet und zwar durch den Verbindungsdurchgang 32, um den Heizkern 7 mit dem zum Motorkörper führenden Verbindungsdurchgangs 14 zu verbinden. Das Kühlwasser wird zum Wassermantel 12 durch den zum Motorkörper führenden Verbindungsdurchgang 14 zurückgeführt. Auf den Durchgang durch den das Kühlwasser auf diese Weise rückgeführt wird, wird mit Heizer-Rückführungsseitenkreislauf F Bezug genommen. Selbst wenn das Kühlwasser durch den Heizer-Rückführungsseitenkreislauf F rückgeführt wird, kann das Kühlwasser durch den Ölkühler-Kühlwasser-Verbindungsdurchgang 30 strömen.
Andererseits, wenn das Stromregelventil 23 geschlossen ist, wird es dem Kühlwasser nicht ermöglicht, durch den Heizkern 7 zu strömen. Wie vorstehend beschrieben, da die Temperatur bei der das Stromregelventil 23 geschlossen ist (d. h. die Heizer-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur T₂) so eingestellt ist, dass sie nicht höher ist als die Temperatur bei der das Strömungsdurchgangsschaltventil 15 die dem Kühler 5 zugewandte Seite schließt (d. h. die Kühler-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur T₁), schließt das Strömungsdurchgangsschaltventil 15 immer die dem Kühler 5 zugewandte Seite und öffnet die dem Kühlerumleitungsdurchgang 19 zugewandte Seite, wenn das Stromregelventil 23 geschlossen ist. Dementsprechend wird es zu diesem Zeitpunkt dem Kühlwasser nicht ermöglicht, durch den Kühler 5 oder den Heizkern 7 zu strömen. Das Kühlwasser, welches von der Kühler-Seitenöffnung 12c des Wassermantels 12 abgeführt wird, wird dazu veranlasst, durch den Kühlerumleitungsdurchgang 19 zu strömen und wird durch den zum Motorkörper führenden Verbindungsdurchgang 14 an den Wassermantel 12 zurückgeführt. Folglich wird der Durchgang, durch welchen das Kühlwasser rückgeführt wird, während es um den Kühler 5 geleitet wird, als Kühlerumleitungskreislauf G Bezug genommen. Übrigens, selbst wenn beschrieben wird, dass es dem Kühlwasser nicht ermöglicht wird, durch den Heizkern 7 zu strömen, wie vorstehend beschrieben, wird es einer extrem kleinen Menge an Kühlwasser zum Ermitteln der Temperatur ermöglicht, durch den Heizkern 7 zu strömen und durch den Heizer-Rückführungsseitenkreislauf F rückgeführt zu werden.
Sogar wenn das Kühlwasser durch den Kühlerumleitungskreislauf G rückgeführt wird, wird es dem Kühlwasser auch ermöglicht, durch den Ölkühler-Kühlwasser-Verbindungsdurchgang 30 zu strömen.
Der Vorteil der Kühlwasserrückführungseinrichtung A für einen Verbrennungsmotor gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun erklärt.
Wenn bei einem Betrieb des Motors 1 die Temperatur des Kühlwassers nicht höher ist, als die Heizer-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur T₂, wie vorstehend beschrieben, ist das Stromregelventil 23 geschlossen und das Strömungsdurchgangsschaltventil 15 schließt die dem Kühler 5 zugewandte Seite, aber öffnet die dem Kühlerumleitungsdurchgang 19 zugewandte Seite. Dementsprechend wird es dem Kühlwasser nicht ermöglicht durch den Kühler 5 oder den Heizkern 7 zu strömen. Das Kühlwasser wird einfach durch den Kühlwasserumleitungskreislauf G über den Kühlerumleitungsdurchgang 19 rückgeführt.
Übrigens, die Tatsache, dass die Temperatur des Kühlwassers nicht höher ist als die Heizer-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur T₂ bedeutet, dass die Temperatur des Kühlwassers nicht höher ist als die Unterstützungsheiz-Obergrenztemperatur T₃ des elektrischen Heizers 34 (T₃ > T₂), wodurch der elektrische Heizer 34 in Betrieb ist.
Dementsprechend wenn das Kühlwasser durch den Kühlerumleitungskreislauf G rückgeführt wird, nimmt das Kühlwasser, welches durch den Wassermantel 12 strömt, die Wärme von dem Motor 1 auf und nimmt auch die Wärme von dem elektrischen Heizer 34 auf.
Da außerdem eine große Menge an Kühlwasser durch den Abschnitt strömt, wo der elektrische Heizer 34 montiert ist, kann die Wärmeübertragung effektiv ausgeführt werden. Dementsprechend besteht keine Befürchtung, dass nur das Kühlwasser in der Umgebung des elektrischen Heizers 34 lokal auf eine unnormal hohe Temperatur erhitzt wird. Außerdem besteht keine Befürchtung, dass die Hitzeabstrahlung der Motoroberfläche in diesem Abschnitt gesteigert wird.
Außerdem ist in diesem Fall, die Hitzeabstrahlungsmenge in dem Heizkern 7 extrem klein, da die extrem kleine Menge an Kühlwasser nur durch den Heizkern 7 fließt um die Temperatur zu ermitteln.
Infolgedessen ist es möglich, die Temperatur des Kühlwassers, welches durch den Kühlerumleitungskreislauf G rückgeführt wird, schnell anzuheben und zur selben Zeit die Temperatur der Zylinderbohrungswandungen des Motors schnell anzuheben, um dabei die Zeit beträchtlich zu verringern, die benötigt wird, um den Motor 1 bis zu einem Normalbetrieb anzuwärmen.
Da außerdem die extrem kleine Menge an Kühlwasser nur durch den Heizkern 7 strömt, um die Temperatur zu ermitteln, ist es möglich, zu verhindern, dass kalte Luft für eine längere Zeitdauer in den Insassenraum geblasen wird, wenn die Temperatur des Kühlwassers niedrig ist.
Wenn des Weiteren der Motor 1 mit einem Abgasrückführungssystem (sog. EGR) versehen ist, um einen Teil des Abgases zur Mischung des Ansaugsystems zurückzuführen, ist der frühere Aufwärmvorgang so ausgeführt, dass die Rückführung des Abgases in einem früheren Stadium ausgeführt werden kann.
Da außerdem das Kühlwasser auch durch den Ölkühler-Kühlwasser-Verbindungsdurchgang 30 strömt, ist es möglich, die Temperatur des Schmieröls für den Motor 1 schnell anzuheben.
Folglich, wenn der Aufwärmvorgang beschleunigt wird und die Temperatur des Kühlwassers angehoben wird, so dass die Temperatur die Heizer-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur T₂ des Stromregelventils 23 übersteigt, wird das Stromregelventil 23 geöffnet und die Rückführung des Kühlwassers wird zwischen dem Motorkörper 3 und dem Insassenraumheizkern 7 auch durch den Heizer-Rückführungsseitenkreislauf F ausgeführt. Da zu diesem Zeitpunkt die Temperatur des Kühlwassers schon gut angehoben wurde, wird eine zufriedenstellende Abstrahlung von Wärme von dem Heizkern 7 ausgeführt und warme Luft wird in den Insassenraum geblasen.
Selbst wenn die Temperatur des Kühlwassers die Heizer-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur T₂ übersteigt, da der elektrische Heizer 34 in Betrieb ist, wenn die Temperatur nicht höher ist als die Unterstützungsheiz-Obergrenztemperatur T₃, nimmt das Kühlwasser auch während der Rückführung durch den Heizer-Rückführungsseitenkreislauf F die Wärme des Motors 1 und die Wärme des elektrischen Heizers 34 auf. Dementsprechend selbst wenn die Wärmeaufnahmemenge des Kühlwassers nach dem Aufwärmvorgang groß ist und das Stromregelventil 23 vollständig geöffnet ist, so dass die große Menge an Kühlwasser durch den Heizkern 7 strömt, besteht nicht die Befürchtung, dass die Temperatur des Kühlwassers gesenkt wird. Folglich kann der Insassenraum-Heizer schnell arbeiten. Außerdem ist es möglich, die Verschlechterung der Kraftstoffverbrauchsrate zu verhindern.
Außerdem wird die Temperatur des Kühlwassers bei einem Gleichgewicht, bei dem die Wärmeaufnahmemenge des Kühlwassers im Gleichgewicht mit der Wärmeabstrahlungsmenge im Heizkern 7 ist, erhöht und die Wärmeabstrahlungsmenge des Heizkerns 7 wird verringert. Deshalb arbeitet der Insassenraum-Heizer extrem gut.
Die vorstehend beschriebenen Vorteile können in derselben Art und Weise auch in einem Motor wie einem sog. Direkteinspritzungsmotor versichert werden, in dem Kraftstoff direkt in den Verbrennungsraum eingespritzt wird, und der niedrig in der Wärmeerzeugung ist.
Wenn danach die Temperatur des Kühlwassers weiter angehoben wird, so dass die Temperatur die Unterstützungsheiz-Obergrenztemperatur T₃ übersteigt, wird der Betrieb des elektrischen Heizers 34 angehalten.
Wenn dann die Temperatur des Kühlwassers weiter angehoben wird und die Temperatur die Kühler-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur T₁ übersteigt, schließt das Strömungsdurchgangsschaltventil 15 die dem Kühlerumleitungsdurchgang 19 zugewandte Seite, aber öffnet die dem Kühler 5 zugewandte Seite, so dass es dem Kühlwasser nicht ermöglicht wird, durch den Kühlwasserumleitungsdurchgang 19 zu strömen. Die Rückführung des Kühlwassers wird auch zwischen dem Kühler 5 und dem Motorkörper 3 durch den Kühler-Rückführungsseitenkreislauf E erreicht. Die Temperatur des Kühlwassers wird durch den Kühler 5 so angepasst, dass sie für den Betriebszustand des Motors 1 geeignet ist.
In dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist der elektrische Heizer 34 in der Umgebung und oberhalb der Heizer-Seitenöffnung 12a angeordnet, und zwar im Wassermantel 12 des Motors 1. Jedoch ist die Position des elektrischen Heizers 34 nicht darauf begrenzt. Kurzum ist es ausreichend den Heizer an einer Stelle zu montieren, an der das Kühlwasser strömt, wenn das Stromregelventil 23 geschlossen ist und das Kühlwasser durch den Kühlerumleitungskreislauf G rückgeführt wird. Es ist eher zu bevorzugen, den Heizer an einer Stelle zu montieren, an der eine hohe Strömungsrate des Kühlwassers vorherrscht.
Die 2 und 3 zeigen Beispiele, in denen die Montagestelle des elektrischen Heizers 34 verändert ist. 2 zeigt einen Fall, bei dem der elektrische Heizer 34 auf halbem Wege von dem Kühlerumleitungsdurchgang 19 installiert ist. 3 zeigt einen Fall, wo der elektrische Heizer 34 in der Umgebung der Kühler-Seitenöffnung 12b im Wassermantel 12 des Motors 1 angeordnet ist.
Außerdem ist es möglich einen Verbrennungsheizer anstatt des elektrischen Heizers 34 zu verwenden. 4 zeigt ein Beispiel, in dem ein Wärmetauscher 38 des Verbrennungsheizers auf halbem Wege von dem Kühlerumleitungsdurchgang 19 angeordnet ist. 5 zeigt ein Beispiel, in dem der Wärmetauscher 38 des Verbrennungsheizers in der Umgebung der Kühler-Seitenöffnung 12b im Wassermantel 12 des Motors 1 angeordnet ist. Übrigens muss nicht gesagt werden, dass der Wärmetauscher 38 des Verbrennungsheizers in der Umgebung der Heizer-Seitenöffnung 12a im Wassermantel 12 in derselben Art und Weise wie in dem Ausführungsbeispiel von 1 angeordnet werden kann.
Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kühlwasserrückführungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, die folgende Elemente aufweist: einen Verbrennungsmotorkörper; einen Kühler; einen Insassenraum-Heizer; einen Kühler-Rückführungsseitenkreislauf; einen Heizer-Rückführungsseitenkreislauf; einen Kühlerumleitungskreislauf; eine Unterstützungsheizeinrichtung; eine Kühlwasserdurchgangs-Schalteinrichtung zum Schließen des Kühlerumleitungskreislaufs, wenn eine Temperatur des Kühlwassers eine Kühler-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur übersteigt, dabei wird es dem Kühlwasser erlaubt, durch den Kühler-Rückführungsseitenkreislauf zu strömen und zum Schließen vom Kühler-Rückführungsseitenkreislauf, wenn die Temperatur des Kühlwassers nicht höher als die Kühler-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur ist, dabei wird es dem Kühlwasser erlaubt durch den Kühlerumleitungskreislauf zu strömen; und ein Stromregelventil, das stromabwärts vom Kühlwasserinnendurchgang des Verbrennungsmotors und stromaufwärts vom Insassenraum-Heizer in dem Heizer-Rückführungsseitenkreislauf vorgesehen ist, um eine Kühlwassermenge zu verringern, welche durch den Heizer-Rückführungsseitenkreislauf strömt, wenn die Temperatur des Kühlwassers nicht höher als eine Heizer-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur ist und die so eingestellt wird, dass sie nicht höher als die Kühler-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterstützungsheizeinrichtung in einem Abschnitt vorgesehen ist, wo das Kühlwasser rückgeführt wird, wenn die Temperatur des Kühlwassers nicht höher als die Heizer-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur ist. Dementsprechend ist es möglich, die Temperatur des Kühlwassers in einem frühen Stadium anzuheben und die Aufwärmzeit zu verkürzen, um die Verbesserung der Wirkung des Insassenraum-Heizers nach dem Aufwärmvorgang zu ermöglichen.
Des Weiteren ist die vorstehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung nur zum Zwecke der Veranschaulichung bereitgestellt, und nicht zum Zwecke der Begrenzung der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist.
Um den Aufwärmvorgang des Verbrennungsmotors zu beschleunigen und um die Temperatur des Kühlwassers schnell anzuheben, sind folgende Elemente bereitgestellt: ein Kühler-Rückführungsseitenkreislauf E zum Rückführen des Kühlwassers zwischen einem Motorkörper 3 und einem Kühler 5, ein Heizer-Rückführungsseitenkreislauf F zum Rückführen des Kühlwassers zwischen dem Motorkörper 3 und einem Heizkern 7 und ein Kühlerumleitungskreislauf G zum Rückführen des Kühlwassers, welches vom Kühler 5 umgeleitet wird. Ein Strömungsdurchgangsschaltventil 15 ist an einer Stelle bereitgestellt, an der ein zum Motor führender Verbindungsdurchgang 14 und ein Kühlerumleitungsdurchgang 19 in eine Strömung übergehen, um es dem Kühlwasser zu ermöglichen, durch den Kühler-Rückführungsseitenkreislauf E zu strömen, wenn die Temperatur des Kühlwassers eine Kühler-Wasserdurchgangs- Grenztemperatur T₁ übersteigt und um es dem Kühlwasser zu ermöglichen, durch den Kühlerumleitungskreislauf G zu strömen, wenn dessen Temperatur nicht höher ist als eine Kühler-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur T₁. Ein Stromregelventil 23 ist auf halbem Wege von einem zum Heizkern führenden Verbindungsdurchgang 21 bereitgestellt, um eine Menge von Kühlwasser zu reduzieren, welches zum Heizkern 7 strömt, wenn die Temperatur des Kühlwassers nicht höher als eine Heizer-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur T₂ ist. Ein elektrischer Heizer 34 ist im Wassermantel 12 bereitgestellt.

Claims

Kühlwasserrückführungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor, die folgende Elemente aufweist: einen Verbrennungsmotorkörper (3) der einen Kühlwasserinnendurchgang (12) zum Kühlen eines Abschnitts um einen Zylinder hat; einen Kühler (5) zum Abstahlen von Hitze vom Verbrennungsmotorkörper, die durch das Kühlwasser aufgenommen wurde, an die Atmosphäre; einen Insassenraum-Heizer (7), der einen Teil des Kühlwassers als Heizmedium verwendet; einen Kühler-Rückführungsseitenkreislauf (E) zum Rückführen des Kühlwassers zwischen dem Kühlwasserinnendurchgang des Verbrennungsmotorkörpers und dem Kühler (5); einen Heizer-Rückführungsseitenkreislauf (F) zum Rückführen des Kühlwassers zwischen dem Kühlwasserinnendurchgang (12) des Verbrennungsmotorkörpers und dem Heizer (7); ein Kühlerumleitungskreislauf (G) zum Rückführen des Kühlwassers, das von dem Kühlwasserinnendurchgang des Verbrennungsmotorkörpers abgeführt wurde, zurück zum Kühlwasserinnendurchgang, den Kühler (5) umgehend; eine Kühlwasserdurchgangs-Schalteinrichtung (15) zum Schließen des Kühlerumleitungskreislaufs (G), wenn eine Temperatur des Kühlwassers eine Kühler-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur übersteigt, dabei wird es dem Kühlwasser erlaubt durch den Kühler-Rückführungsseitenkreislauf zu strömen; und zum Schließen vom Kühler-Rückführungsseitenkreislauf, wenn die Temperatur des Kühlwassers nicht höher als die Kühler-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur ist, dabei wird es dem Kühlwasser erlaubt durch den Kühlerumleitungskreislauf zu strömen; und eine Unterstützungsheizeinrichtung (34; 38) zum Heizen des Kühlwassers, die gesondert vom Verbrennungsmotorkörper vorgesehen ist; die darüber hinaus folgende Elemente aufweist: ein Stromregelventil (23), das stromabwärts vom Kühlwasserinnendurchgang (12) des Verbrennungsmotorkörpers und stromaufwärts vom Insassenraum-Heizer (7) in dem Heizer-Rückführungsseitenkreislauf (F) vorgesehen ist, zum Verringern einer Kühlwassermenge, die durch den Heizer-Rückführungsseitenkreislauf strömt, wenn die Temperatur des Kühlwassers nicht höher als eine Heizer-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur ist, die so eingestellt wird, das sie nicht höher als die Kühler-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Unterstützungsheizeinrichtung (34; 38) in einem Abschnitt vorgesehen ist, wo das Kühlwasser rückgeführt wird, wenn die Temperatur des Kühlwassers nicht höher als die Heizer-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur (T2) ist, wobei der Abschnitt in der Nähe der Heizerseitenöffnung (12a) des Kühlwasserinnendurchgangs (12) zu einem Heizkern ist.
Kühlwasserrückführungseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Kühlwasserdurchgangs-Schalteinrichtung (15) ein Thermostat oder vom Typ der Thermostat-Stromregelventile zum Schalten des Strömungsdurchgangs ist, indem die Kühler-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur als Schwellwert verwendet wird.
Kühlwasserrückführungseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Stromregelventil (23) ein Thermostat oder vom Typ der Thermostat-Stromregelventile zum Öffnen und Schließen ist, indem die Heizer-Wasserdurchgangs-Grenztemperatur als Schwellwert verwendet wird.