EP0644320A1 - Kühlvorrichtung für einen flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Kühlvorrichtung für einen flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges Download PDF

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EP0644320A1
EP0644320A1 EP94108812A EP94108812A EP0644320A1 EP 0644320 A1 EP0644320 A1 EP 0644320A1 EP 94108812 A EP94108812 A EP 94108812A EP 94108812 A EP94108812 A EP 94108812A EP 0644320 A1 EP0644320 A1 EP 0644320A1
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internal combustion
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coolant
cooler
cooling device
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Joachim Fröschl
Gerhart Huemer
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    • F01P2070/00—Details
    • F01P2070/04—Details using electrical heating elements

Definitions

  • the invention relates to a cooling device for a liquid-cooled internal combustion engine of a motor vehicle with a cooler connected to the supply and return line of the internal combustion engine.
  • Such a cooling device is known for example from EP 0 184 196 B1.
  • This known device additionally contains a secondary flow return line from the expansion tank provided with the filling opening, bypassing the thermostat, to the connection of the return line to the internal combustion engine.
  • the coolant is filled through the filler opening and distributed over the bypass return line bypassing the thermostat in the internal combustion engine. From the internal combustion engine, the coolant flows into the cooler via the supply line. Since the line cross-sections are designed according to the requirements of the operation of the cooling system, the filling process is time-consuming, since the secondary flow return line generally has a smaller diameter than the flow and return line and at the same time the temperature-controlled thermostatic valve the coolant flows through the short circuit between the supply and return lines and not through the cooler.
  • the internal combustion engine In order to ensure that no significant air pockets remain in the cooling system after filling, the internal combustion engine is operated for a while at idle with the filler opening open. Due to improvements in consumption and emissions, the cooling system is designed for a higher operating pressure than the ambient pressure, since the coolant only begins to boil at elevated temperatures. The opening temperature of the thermostat is designed accordingly. If, after filling, the internal combustion engine is operated with the cooling system open, the temperature-controlled thermostat does not respond, or responds only very slightly, when the boiling temperature of the coolant, which occurs at ambient pressure, is reached. It can therefore come to overheating of the internal combustion engine while the cooler is idling with the filler opening open, since the thermostatic valve essentially does not lead the coolant through the cooler, but through the short circuit, due to the temperature being too low.
  • the temperature-controlled thermostatic valve can be controlled by electrical heating.
  • the electrical heating is by actuation a switch can be activated, which is attached to the filling opening.
  • the electrical heating of the thermostatic valve simulates a high temperature of the coolant, as a result of which the thermostatic valve does not lead the coolant through the short circuit between the supply and return lines, as is usually the case when the internal combustion engine is warming up, but at least partially, but preferably completely, through the cooler.
  • the electrical switch can either be switched during the entire filling process or, if necessary, arbitrarily by manual operation. With this cooling device according to the invention, a rapid filling of the cooler with coolant is also possible, since the boiling temperature of the coolant is prevented by the arbitrary opening of the thermostat towards the cooler and, at the same time, air pockets escape faster through the improved coolant flow.
  • the electrical switch on the filling opening is actuated by removing the cover from the filling opening.
  • the switch can be removed by completely removing the lid from the filling opening or by a movement of the lid deviating from the usual rotary movement of the lid during the removal process of the lid, e.g. B. pushing or pulling.
  • the thermostatic valve can be heated either automatically by removing the cover or arbitrarily for a certain time before removing the cover, as required. This is a particularly simple procedure to arbitrarily trigger cooling of the coolant.
  • a further advantageous embodiment of the invention is the subject of claim 3.
  • the actuation of the switch causes the switch to close in order to close a circuit for electrically heating the thermostatic valve directly via this switch.
  • This further development according to the invention is a particularly simple and inexpensive device for triggering an arbitrary heating of the thermostatic valve.
  • the cooling device for an internal combustion engine 10 shown in FIG. 1 contains a cooler 11. Between the internal combustion engine 10 and the cooler 11 there is a coolant pump 12 which generates a flow of the coolant in the direction shown by the arrows.
  • a feed line 13 leads from the coolant outlet of the internal combustion engine 10 to the coolant inlet of the cooler 11.
  • a return line 14 leads from the coolant outlet of the cooler 11 to the coolant inlet of the internal combustion engine 10.
  • a thermostatic valve 15, for example with an expansion element (not shown here), is arranged in the return line 14.
  • a short-circuit line 16 branches off from the flow line 13 to the thermostatic valve 15.
  • the cooling device essentially operates in three modes.
  • a first mode of operation the so-called warm-up mode, in particular after the cold start of the internal combustion engine 10, the thermostatic valve 15 is set such that the coolant flow coming from the internal combustion engine 10 is essentially completely returned to the internal combustion engine 10 via the short-circuit line 16.
  • the cooling system works in mixed mode, i. H. the coolant coming from the internal combustion engine 10 runs partly through the cooler 11 and partly via the short-circuit line 16 back to the internal combustion engine 10.
  • the cooling system operates in the cooler mode, i. H. the coolant coming from the internal combustion engine 10 is essentially completely returned to the internal combustion engine 10 through the cooler 11.
  • the mode of operation of the cooling device can be adjusted by heating the thermostatic valve 15, that is to say, for example, by heating the expansion element, via an electrical line 17 in the direction of the cooler operation, or it can be switched completely to cooler operation. This reduces the temperature level of the coolant compared to the temperature level achieved with an operating mode without heating the thermostatic valve 15.
  • the supply of the thermostatic valve 15 with electrical energy via the line 17 is initiated, for example, by a control unit 18 which receives and evaluates several signals of operating variables.
  • a temperature sensor 19, which detects the actual temperature of the coolant and transmits it to the control unit 18, is usually arranged at the coolant outlet of the internal combustion engine 10.
  • a temperature sensor 20 can also be arranged, which detects the temperature of the intake air and passes it on to the control unit 18.
  • the control device is preferably 18 integrated in a known electronic engine control 21.
  • the thermostatic valve 15 is electrically heated via the line 17, which is connected to the output of the control device 18, as a function of temperature values and other operating variables of the internal combustion engine.
  • the possibility of electrically heating the thermostatic valve 15 is used according to the invention in order to enable the cooler to be filled quickly by preventing the coolant from overheating and by improving the coolant flow.
  • the output of a controllable switch SS of the control device 18 is connected to the thermostatic valve 15 via the electrical line 17, the electrical line 17 being connected to a positive voltage U+.
  • the thermostatic valve 15 is connected in a conventional manner to the short-circuit line 16 and the return line 14 and is controlled via the electrical line 17 (cf. FIG. 1).
  • the electrical line 17 is additionally connected to one pole of a switch S, the other pole of the switch S being connected to ground.
  • the electrical switch S is attached to the fill opening E of an expansion tank A of the cooler 11.
  • the electrical line 17 is connected to ground as required by the control device 18 with the controllable switch SS. If the circuit between the positive voltage U+ and the ground connection of the controllable switch SS is closed, the thermostatic valve is heated, which causes the cooling device to operate is shifted in the direction of the cooler operation.
  • the circuit between the positive voltage U+ and ground can also be closed by the electrical switch S.
  • the electrical switch S When the cover D in the filling opening E is closed, the electrical switch S is opened, whereas when the cover D is removed from the filling opening E, the electrical switch S is closed and the thermostatic valve 15 is thus automatically heated.
  • the cover D with a locking device V, by means of which the cover D engages in a predetermined position when it is opened, after which the cover D can only be rotated further when it has been pressed down.
  • the electrical switch S is not permanently closed when the cover D is completely open, but only for the time during which the cover D is pressed down.
  • the ventilation run can thus be carried out while the cooler 11 is being filled with coolant, with the cover D closed, since opening the cover D always causes the coolant to cool down quickly by pressing down the cover D and, at the same time, prevents the coolant from boiling out.
  • the cooler not only can the cooler be filled more quickly, but also the safety of the person who carries out the filling is ensured.

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Abstract

Bei einer Kühlvorrichtung für einen flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor (10) eines Kraftfahrzeuges mit einem an die Vor- und Rücklaufleitung (13,14) des Verbrennungsmotors (10) angeschlossenen Kühler (11), der eine durch einen Deckel (D) verschließbare Einfüllöffnung (E) aufweist, und mit einem temperaturgesteuerten Thermostatventil (15), durch das das Kühlmittel ganz oder teilweise entweder durch den Kühler (11) hindurch geführt wird oder durch einen Kurzschluß (16) zwischen der Vor- und Rücklaufleitung (13,14) den Kühler (11) umgeht, ist das Thermostatventil (15) durch elektrische Beheizung steuerbar und an der Einfüllöffnung (E) ein elektrischer Schalter (S) angebracht, durch dessen Betätigung das Thermostatventil (15) elektrisch beheizt wird, so daß das Kühlmittel zumindest teilweise durch den Kühler (11) hindurch geführt wird. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung für einen flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges mit einem an die Vor- und Rücklaufleitung des Verbrennungsmotors angeschlossen Kühler nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Eine derartige Kühlvorrichtung ist beispielsweise aus der EP 0 184 196 B1 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung enthält zusätzlich eine Nebenstromrücklaufleitung von dem mit der Einfüllöffnung versehenen Ausgleichsbehälter unter Umgehung des Thermostaten hin zum Anschluß der Rücklaufleitung an der Brennkraftmaschine.
  • Zum Befüllen des Kühlsystems mit Kühlmittel bei der Erstbefüllung oder bei einer Wiederbefüllung wird das Kühlmittel durch die Einfüllöffnung eingefüllt und verteilt sich über die Nebenstromrücklaufleitung unter Umgehung des Thermostaten in der Brennkraftmaschine. Von der Brennkraftmaschine aus strömt das Kühlmittel über die Vorlaufleitung in den Kühler. Da die Leitungsquerschnitte nach den Anforderungen im Betrieb des Kühlsystems ausgestaltet sind, ist der Befüllvorgang zeitraubend, da in der Regel die Nebenstromrücklaufleitung einen geringeren Durchmesser als die Vorlauf- und Rücklaufleitung aufweist und gleichzeitig das temperaturgesteuerte Thermostatventil das kalte Kühlmittel durch den Kurzschluß zwischen Vor- und Rücklaufleitung führt und nicht durch den Kühler hindurch.
  • Um sicherzugehen, daß nach einer Befüllung keine wesentlichen Luftnester im Kühlsystem bestehen bleiben, wird die Brennkraftmaschine bei geöffneter Einfüllöffnung im Leerlauf einige Zeit betrieben. Aufgrund von Verbrauchs- und Emissionsverbesserungen ist das Kühlsystem auf einen höheren Betriebsdruck als der Umgebungsdruck ausgelegt, da hierbei das Kühlmittel erst bei erhöhten Temperaturen zu sieden beginnt. Dementsprechend ist auch die Öffnungstemperatur des Thermostaten ausgelegt. Wird nun nach dem Befüllen die Brennkraftmaschine bei geöffnetem Kühlsystem betrieben, so spricht der temperaturgesteuerte Thermostat nicht oder nur sehr gering an, wenn die bei Umgebungsdruck auftretende Siedetemperatur des Kühlmittels erreicht wird. Es kann also während des Befüllens des Kühlers im Leerlauf bei geöffneter Einfüllöffnung zur Überhitzung der Brennkraftmaschine kommen, da das Thermostatventil das Kühlmittel aufgrund zu geringer Temperatur im wesentlichen nicht durch den Kühler, sondern durch den Kurzschluß führt.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Überhitzung des Verbrennungsmotors beim Befüllen des Kühlers mit Kühlmittel bei geöffneter Einfüllöffnung und bei gleichzeitigem Warmlaufen des Verbrennungsmotors im Leerlauf zu verhindern und gleichzeitig die Befüllzeit zu verkürzen.
  • Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
    Erfindungsgemäß ist zum einen das temperaturgesteuerte Thermostatventil durch elektrische Beheizung steuerbar. Zum anderen ist die elektrische Beheizung durch die Betätigung eines Schalters aktivierbar, der an der Einfüllöffnung angebracht ist.
  • Durch die elektrische Beheizung des Thermostatventils wird eine hohe Temperatur des Kühlmittels vorgetäuscht, wodurch das Thermostatventil das Kühlmittel nicht wie üblicherweise beim Warmlaufen des Verbrennungsmotors durch den Kurzschluß zwischen der Vor- und Rücklaufleitung führt, sondern zumindest teilweise, vorzugsweise jedoch vollständig, durch den Kühler hindurchführt. Der elektrische Schalter ist entweder während des gesamten Einfüllvorgangs oder bei Bedarf willkürlich durch manuelle Betätigung schaltbar.
    Mit dieser erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ist auch ein schnelles Befüllen des Kühlers mit Kühlmittel möglich, da durch die willkürliche Öffnung des Thermostaten zum Kühler hin das Auftreten der Siedetemperatur des Kühlmittels verhindert wird und gleichzeitig durch die verbesserte Kühlmittelströmung Luftnester schneller entweichen.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist der Gegenstand des Patentanspruchs 2.
    Erfindungsgemäß wird der elektrische Schalter an der Einfüllöffnung durch das Abnehmen des Deckels von der Einfüllöffnung betätigt. Beispielsweise kann der Schalter durch das vollständige Abnehmen des Deckels von der Einfüllöffnung oder durch eine während des Abnehmvorgangs des Deckels vorgenommene, von der üblichen Drehbewegung des Deckels abweichende Bewegung des Deckels, z. B. Drücken oder Ziehen, betätigt werden.
    Mit dieser erfindungsgemäßen Weiterbildung kann das Thermostatventil je nach Bedarf entweder automatisch durch das Abnehmen des Deckels oder willkürlich für eine bestimmte Zeit vor dem Abnehmen des Deckels beheizt werden. Dies ist eine besonders einfache Vorgehensweise, um eine Kühlung des Kühlmittels willkürlich auszulösen.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist der Gegenstand des Patentanspruchs 3.
    Erfindungsgemäß bewirkt die Betätigung des Schalters ein Schließen des Schalters, um direkt über diesen Schalter einen Stromkreis zur elektrischen Beheizung des Thermostatventils zu schließen.
    Diese erfindungsgemäße Weiterbildung ist eine besonders einfache und kostengünstige Vorrichtung, um ein willkürliches Beheizen des Thermostatventils auszulösen.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt
    • Fig. 1
    eine Kühlvorrichtung nach dem Stand der Technik, um die Funktionsweise des Thermostatventils zu erläutern und
    Fig. 2
    eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung mit einem durch den Deckel betätigbaren Schalter.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Kühlvorrichtung für einen Verbrennungsmotor 10 enthält einen Kühler 11. Zwischen dem Verbrennungsmotor 10 und dem Kühler 11 ist eine Kühlmittelpumpe 12 angebracht, die eine Strömung des Kühlmittels in die mit den Pfeilen dargestellte Richtung erzeugt. Vom Kühlmittelaustritt des Verbrennungsmotors 10 führt eine Vorlaufleitung 13 zum Kühlmitteleingang des Kühlers 11. Vom Kühlmittelaustritt des Kühlers 11 führt zum Kühlmitteleintritt des Verbrennungsmotors 10 eine Rücklaufleitung 14. In der Rücklaufleitung 14 ist ein Thermostatventil 15, beispielsweise mit einem hier nicht dargestellten Dehnstoffelement, angeordnet. Von der Vorlaufleitung 13 zweigt eine Kurzschlußleitung 16 zum Thermostatventil 15 ab.
  • Die Kühlvorrichtung arbeitet im wesentlichen in drei Betriebsweisen. In einer ersten Betriebsweise, dem sog. Warmlaufbetrieb, insbesondere nach dem Kaltstart des Verbrennungsmotors 10, ist das Thermostatventil 15 so eingestellt, daß die vom Verbrennungsmotor 10 kommende Kühlmittelströmung über die Kurzschlußleitung 16 im wesentlichen vollständig zum Verbrennungsmotor 10 zurückgeführt wird. In einer zweiten Betriebsweise arbeitet die Kühlanlage im Mischbetrieb, d. h. das vom Verbrennungsmotor 10 kommende Kühlmittel läuft teilweise durch den Kühler 11 und teilweise über die Kurzschlußleitung 16 zurück zum Verbrennungsmotor 10. In einer dritten Betriebsweise arbeitet die Kühlanlage im Kühlerbetrieb, d. h. das vom Verbrennungsmotor 10 kommende Kühlmittel wird im wesentlichen vollständig durch den Kühler 11 hindurch zum Verbrennungsmotor 10 zurückgeführt.
  • Die Betriebsweise der Kühlvorrichtung kann durch Beheizung des Thermostatventils 15, d. h. z. B. durch Beheizung des Dehnstoffelements, über eine elektrische Leitung 17 in Richtung des Kühlerbetriebs verstellt oder vollständig auf Kühlerbetrieb umgeschaltet werden. Damit verringert sich das Temperaturniveau des Kühlmittels gegenüber dem mit einer Betriebsweise ohne Beheizung des Thermostatventils 15 erreichten Temperaturniveau. Die Versorgung des Thermostatventils 15 mit elektrischer Energie über die Leitung 17 wird beispielsweise von einem Steuergerät 18 veranlaßt, das mehrere Signale von Betriebsgrößen erhält und auswertet. Üblicherweise ist am Kühlmittelaustritt des Verbrennungsmotors 10 ein Temperatursensor 19 angeordnet, der die Ist-Temperatur des Kühlmittels erfaßt und an das Steuergerät 18 übermittelt. In einem Sammler der Ansaugleitung des Verbrennungsmotors 10 kann weiterhin ein Temperatursensor 20 angeordnet sein, der die Temperatur der Ansaugluft erfaßt und an die Steuereinheit 18 weitergibt. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung 18 in einer bekannten elektronischen Motorsteuerung 21 integriert.
  • Üblicherweise wird also über die Leitung 17, die mit dem Ausgang der Steuereinrichtung 18 verbunden ist, das Thermostatventil 15 in Abhängigkeit von Temperaturwerten und anderen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine elektrisch beheizt. Die Möglichkeit der elektrischen Beheizung des Thermostatventils 15 wird erfindungsgemäß ausgenützt, um ein schnelles Befüllen des Kühlers durch Verhinderung der Überhitzung des Kühlmittels und durch verbesserte Kühlmittelströmung zu ermöglichen.
  • In Fig. 2 sind Bauteile, die mit Bauteilen der Fig. 1 übereinstimmen, mit gleichen Bezugszeichen versehen. In Fig. 2 ist der Ausgang eines steuerbaren Schalters SS der Steuereinrichtung 18 über die elektrische Leitung 17 mit dem Thermostatventil 15 verbunden, wobei die elektrische Leitung 17 an positiver Spannung U⁺ anliegt. Das Thermostatventil 15 ist in üblicher Weise mit der Kurzschlußleitung 16 und der Rücklaufleitung 14 verbunden und wird über die elektrische Leitung 17 angesteuert (vgl. Fig. 1).
  • Die elektrische Leitung 17 ist zusätzlich mit einem Pol eines Schalters S verbunden, wobei der andere Pol des Schalters S an Masse angeschlossen ist. Der elektrische Schalter S ist an der Einfüllöffnung E eines Ausgleichbehälters A des Kühlers 11 angebracht.
  • Üblicherweise wird durch die Steuereinrichtung 18 mit dem steuerbaren Schalter SS die elektrische Leitung 17 bei Bedarf an Masse angeschlossen. Ist der Stromkreis zwischen der positiven Spannung U⁺ und dem Masseanschluß des steuerbaren Schalters SS geschlossen, wird das Thermostatventil beheizt, wodurch die Betriebsweise der Kühlvorrichtung in Richtung des Kühlerbetriebs verschoben wird.
  • Erfindungsgemäß ist der Stromkreis zwischen der positiven Spannung U⁺ und Masse auch durch den elektrischen Schalter S schließbar. Bei geschlossenem Deckel D in der Einfüllöffnung E wird der elektrische Schalter S geöffnet, wogegen bei abgenommenem Deckel D von der Einfüllöffnung E der elektrische Schalter S geschlossen ist und damit das Thermostatventil 15 automatisch beheizt wird.
  • Es ist jedoch auch möglich, den Deckel D mit einer Rastvorrichtung V zu versehen, durch die der Deckel D beim Öffnen in einer vorgegebenen Position einrastet, wonach der Deckel D erst dann weitergedreht werden kann, wenn er zuvor heruntergedrückt wurde. Mit dieser Alternative wird nicht bei völlständig geöffnetem Deckel D der elektrische Schalter S dauerhaft geschlossen, sondern nur für die Zeit, innerhalb derer der Deckel D heruntergedrückt wird. Somit kann der Belüftungslauf während des Befüllens des Kühlers 11 mit Kühlmittel bei geschlossenem Deckel D durchgeführt werden, da immer mit Öffnen des Deckels D durch vorhergehendes Herunterdrücken des Deckels D ein schnelles Abkühlen des Kühlmittels bewirkt wird und gleichzeitig ein Herausspritzen siedenden Kühlmittels verhindert wird. Somit ist erfindungsgemäß nicht nur ein schnelleres Befüllen des Kühlers möglich, sondern auch die Sicherheit der Person, die die Befüllung vornimmt, gewährleistet.

Claims (3)

  1. Kühlvorrichtung für einen flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges mit einem an die Vor- und Rücklaufleitung des Verbrennungsmotors angeschlossenen Kühler, der eine durch einen Deckel verschließbare Einfüllöffnung aufweist, und mit einem temperaturgesteuerten Thermostatventil, durch das das Kühlmittel ganz oder teilweise entweder durch den Kühler hindurch geführt wird oder durch einen Kurzschluß zwischen der Vor- und Rücklaufleitung den Kühler umgeht, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermostatventil (15) durch elektrische Beheizung steuerbar ist und daß an der Einfüllöffnung (E) ein elektrischer Schalter (S) angebracht ist, durch dessen Betätigung das Thermostatventil (15) elektrisch beheizt wird, so daß das Kühlmittel zumindest teilweise durch den Kühler (11) hindurch geführt wird.
  2. Kühlvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Schalter (S) durch das Abnehmen des Deckels (D) von der Einfüllöffnung (E) betätigbar ist.
  3. Kühlvorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung ein Schließen des Schalter (S) bewirkt, wodurch ein Stromkreis zum elektrischen Beheizen des Thermostatventils (15) geschlossen wird.
EP94108812A 1993-09-22 1994-06-08 Kühlvorrichtung für einen flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges Expired - Lifetime EP0644320B1 (de)

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DE4332101A DE4332101B4 (de) 1993-09-22 1993-09-22 Kühlvorrichtung für einen flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges

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EP0644320A1 true EP0644320A1 (de) 1995-03-22
EP0644320B1 EP0644320B1 (de) 1997-03-12

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EP94108812A Expired - Lifetime EP0644320B1 (de) 1993-09-22 1994-06-08 Kühlvorrichtung für einen flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges

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