EP0664383A1 - Kühlanlage für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
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- EP0664383A1 EP0664383A1 EP95100448A EP95100448A EP0664383A1 EP 0664383 A1 EP0664383 A1 EP 0664383A1 EP 95100448 A EP95100448 A EP 95100448A EP 95100448 A EP95100448 A EP 95100448A EP 0664383 A1 EP0664383 A1 EP 0664383A1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
- F01P7/00—Controlling of coolant flow
- F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
- F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
- F01P7/167—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control by adjusting the pre-set temperature according to engine parameters, e.g. engine load, engine speed
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
- F01P2070/00—Details
- F01P2070/04—Details using electrical heating elements
Definitions
- the invention relates to a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle with a radiator and a thermostatic valve, with which the temperature of the coolant can be regulated in a warm-up mode, a mixed mode and a cooler mode, the thermostatic valve containing an expansion element which can be heated electrically to reduce the coolant temperature .
- the thermostatic valve regulates the flow of coolant between the internal combustion engine and the radiator in such a way that the coolant coming from the internal combustion engine flows back to the internal combustion engine essentially bypassing the cooler during the warm-up operation, so that the coolant coming from the internal combustion engine partially passes through during the mixed operation flows back through the cooler and partly through the short circuit to the internal combustion engine and that during cooler operation the coolant coming from the internal combustion engine essentially flows back through the cooler to the internal combustion engine.
- the electrical heating of the expansion element serves to enlarge the opening cross section towards the cooler compared to an opening cross section caused by the temperature of the coolant in the area of the thermostatic valve.
- a cooling system for example from DE 30 18 682 A1.
- an electrical heating resistor is arranged in an expansion element of a thermostatic valve, to which electrical energy can be supplied through a working piston held stationary.
- the electrical energy is supplied via a control device in order to be able to keep the coolant temperature regulated by the thermostatic valve constant better than with a normal thermostatic valve.
- the actual coolant temperature is measured and compared with a predetermined upper and a predetermined lower temperature value. If the upper temperature value is reached, the heating resistor is supplied with electrical energy, so that the thermostatic valve opens further in order to achieve an increased cooling capacity and thus a reduction in the actual coolant temperature.
- a temperature control device in which instead of a conventional thermostatic valve with an expansion element, a means of a Servomotor adjustable valve is provided.
- the servomotor for adjusting the valve is controlled as a function of a sensor which measures the coolant temperature in a line connected to the internal combustion engine.
- the sensor is also equipped with a heating device.
- the heating device can be switched on and off depending on the characteristics of the internal combustion engine.
- a higher than the real coolant temperature can accordingly be simulated by heating the sensor in order to achieve increased cooling of the coolant.
- Such a temperature control device is structurally particularly complex and therefore expensive.
- a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle of the type mentioned above in which the expansion element is designed such that the coolant temperature changes to one without warming up the expansion element in warm-up mode and / or in mixed mode regulates the upper limit temperature.
- a control unit is provided which, depending on the detected operating and / or environmental variables of the internal combustion engine, releases the heating of the expansion element as required in order to change the operating mode of the cooling system from warm-up mode or from mixed mode of the upper working limit temperature to mixed mode or cooling mode compared to the upper one Working limit temperature to shift lower coolant temperature.
- an electronic control unit is required to control the heating of the expansion element, in which the recorded operating and / or environmental variables of the internal combustion engine processed in a suitable manner and used to control the heating of the expansion element.
- the invention has for its object to develop a cooling system of the type mentioned as simple as possible so that the operation of the internal combustion engine can be optimized in terms of fuel consumption and exhaust gas values without the performance of the internal combustion engine being reduced in the event of an increased power requirement.
- the coolant temperature is regulated by designing the expansion element without heating the expansion element in mixed operation to an upper working limit temperature and that a temperature switch is provided which is dependent on the coolant temperature detected at or near the radiator outlet releases the heating of the expansion element if necessary to shift the operation of the cooling system to the cooler operation.
- the upper working limit temperature is preferably equal to the most economical operating temperature of the internal combustion engine and is slightly lower than the maximum permissible operating temperature of the internal combustion engine.
- the upper working limit temperature is preferably above 100 ° C., in particular approximately 105 ° C.
- the maximum permissible operating temperature is the highest possible temperature with which the internal combustion engine can be operated in normal operation over a longer period of time without any problems. This prevents damage to the internal combustion engine even if the electrical heating of the expansion element fails.
- the maximum permissible operating temperature is usually between 105 ° C and 120 ° C.
- an opening cross-section to the radiator is set only as a function of the coolant temperature of the internal combustion engine. This cross-section of the opening regulates the coolant temperature to the defined upper working limit temperature.
- the expansion element for. B. by selecting an appropriate temperature-dependent material and a suitable structural design, designed so that the opening cross-section of the cooler is not yet maximum at the defined upper working limit temperature, d. H. no pure cooler operation is achieved. Additional heating of the expansion element enables a further enlargement of the opening cross section and thus a shift towards the cooler operation.
- the cooling system according to the invention is in normal operation, ie not with increased power requirements, such as. B. in full load operation of the internal combustion engine or when driving uphill of the motor vehicle driven by the internal combustion engine, the highest possible operating temperature of the internal combustion engine is reached.
- the power consumption of the internal combustion engine is lower due to lower friction, as a result of which the fuel consumption can be reduced and the exhaust gas composition can be improved.
- a temperature switch is provided according to the invention.
- the advantage of the cooling system according to the invention over the cooling system described in the as yet unpublished German patent application P 43 24 178 is that, depending on different performance requirements for the internal combustion engine, different coolant temperature levels are achieved with the aid of a simple temperature switch, without a technically complex and expensive electronic control unit can be.
- the cooling system according to the invention is therefore particularly suitable for an internal combustion engine for motor vehicles in the lower price segment.
- Another advantage of the cooling system according to the invention is that it is possible to dispense with the complex and cost-intensive recording of operating and environmental variables of the internal combustion engine.
- the heating of the expansion element can, for example, be switched off again in a time-controlled manner after a specific predetermined time.
- a two-point switch is provided as a temperature switch, whose upper switching point is in the range from 55 ° C to 75 ° C, preferably 65 ° C and whose lower switching point is a minimum of 5 ° C and a maximum of 50 ° C below upper switching point.
- the heating of the expansion element is switched off again when the coolant temperature detected at or near the radiator outlet falls below the lower switching point of the two-point switch.
- the cooling system shown in FIG. 1 for an internal combustion engine 1 comprises a cooler 2. Between the internal combustion engine 1 and the cooler 2, a coolant pump 3 is arranged, which generates a flow of the coolant in the direction shown by arrows.
- a flow line 5 leads from the coolant outlet 4 of the internal combustion engine 1 to the coolant inlet 6 of the cooler 2.
- a return line 9 leads from the coolant outlet or outlet 7 of the cooler 2 to the coolant inlet 8 of the internal combustion engine 1.
- a thermostatic valve 10 with a valve not shown here Expansion element arranged.
- a temperature switch in the form of a two-point switch 11 is provided in the return line 9.
- the two-point switch 11 controls the heating of the expansion element of the thermostatic valve 10 as a function of the coolant temperature detected at or near the radiator outlet 7 by applying an electrical heating voltage U to a heating element of the expansion element of the thermostatic valve 10.
- the thermostatic valve 10 is also connected to the flow line 5 via a short-circuit line 12.
- the cooling system essentially works in three operating modes.
- a first mode of operation the so-called warm-up mode, in particular after the cold start of the internal combustion engine 1, the thermostatic valve 10 is set such that the coolant flow coming from the internal combustion engine 1 is essentially completely returned to the internal combustion engine 1 via the short-circuit line 12.
- the cooling system works in mixed mode, i. H. the coolant coming from the internal combustion engine 1 runs partly through the cooler 2 and partly via the short-circuit line 12 back to the internal combustion engine 1.
- the cooling system operates in the cooler mode, i. H. the coolant coming from the internal combustion engine 10 is essentially completely returned through the cooler 2 to the internal combustion engine 1.
- the operation of the cooling system can be adjusted by heating the expansion element of the thermostatic valve 10 by actuation via an electrical line 13, through which the thermostatic valve 10 is electrically connected to the two-point switch 11, in the direction of the cooler operation or can be switched completely to cooler operation. This reduces the temperature level of the coolant compared to that with an operating mode without Heating of the expansion element reached the temperature level. If the heating of the expansion element of the thermostatic valve 10 is then interrupted again by activation by the two-point switch 11 via the electrical line 13, the cooler which is now cooler cools the expansion element of the thermostatic valve 10 until it assumes a regulated end position in mixed operation, so that the coolant temperature rises again a final temperature is raised. The regulated final temperature in mixed operation is set to the upper working limit temperature.
- the supply of electrical energy to the thermostatic valve 10 is controlled by the two-point temperature switch 11 via the electrical line 13 as a function of the coolant temperature detected at or near the cooler outlet 7. Since the coolant temperature at or in the vicinity of the radiator outlet 7 represents the load condition of the internal combustion engine 1 in a very good approximation, this coolant temperature at or in the vicinity of the radiator outlet 7 is very well suited for controlling the heating of the expansion element of the thermostatic valve 10. This is the basis for this, that the heating of the expansion element of the thermostatic valve can be controlled in a structurally very simple and thus very cost-effective manner by a simple temperature switch, preferably a two-point temperature switch. It is therefore not necessary to record various operating and / or environmental variables of the internal combustion engine 1 and to process them in an expensive electronic control unit for controlling the heating of the expansion element of the thermostatic valve 10.
- the coolant temperature T is shown in a diagram over time t at full load of the internal combustion engine 1 (Fig. 1), as it is by means of the invention Cooling system can be reached.
- the expansion element of the thermostatic valve 10 (FIG. 1) is designed, for example, by the composition of the expansion material to an upper working limit temperature, which here corresponds, for example, to a cooling temperature of approx. 105 ° C. in the regulated mixed operation.
- this coolant temperature of approx. 105 ° C is only reached in part-load operation of the internal combustion engine, in which it is expedient to reduce the fuel consumption by reducing friction and at the same time to improve the exhaust gas composition.
- the coolant temperature should always be as hot as possible to optimize consumption, but should be as cool as possible for performance requirements in the full-load range to improve the cylinder charge.
- the expansion element of the thermostatic valve 10 is designed so that the possible adjustment path of the thermostatic valve or the maximum possible opening cross section is not yet set at about 105 ° C.
- the expansion element of the thermostatic valve 10 (FIG. 1) can be heated in such a way that a maximum opening cross-section to the cooler is set in order to reduce the coolant temperature as quickly as possible, thereby completely switching to cooler operation.
- the full load operation is detected in the cooling system according to the invention by the temperature switch in the form of the two-point switch 11 (FIG. 1). If, due to a heavy load on the internal combustion engine, the coolant temperature at or in the vicinity of the radiator outlet 7 (FIG. 1), as shown in FIG.
- the cooling system according to the invention is based on the knowledge that the coolant temperature at or in the vicinity of the outlet 7 of the cooler 2 represents, in very good approximation, a measure of the load on the internal combustion engine 1.
- This finding is used in the cooling system according to the invention in that a temperature switch in the form of a two-point switch 11 is provided at or in the immediate vicinity of the outlet 7 of the cooler 2, which controls the load-dependent heating of the expansion element of the thermostatic valve 10 when the internal combustion engine 1 is operating at full load.
- a temperature switch in the form of a two-point switch 11 is provided at or in the immediate vicinity of the outlet 7 of the cooler 2, which controls the load-dependent heating of the expansion element of the thermostatic valve 10 when the internal combustion engine 1 is operating at full load.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges mit einem Kühler und einem Thermostatventil, mit dem die Temperatur des Kühlmittels in einem Warmlaufbetrieb, einem Mischbetrieb und einem Kühlerbetrieb regelbar ist, wobei das Thermostatventil ein Dehnstoffelement enthält, das zum Reduzieren der Kühlmitteltemperatur elektrisch beheizbar ist.
- Dabei regelt das Thermostatventil die Strömung des Kühlmittels zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Kühler derart, daß während des Warmlaufbetriebs das vom Verbrennungsmotor kommende Kühlmittel im wesentlichen unter Umgehen des Kühlers durch einen Kurzschluß hindurch zum Verbrennungsmotor zurückströmt, daß während des Mischbetriebs das vom Verbrennungsmotor kommende Kühlmittel teilweise durch den Kühler hindurch und teilweise durch den Kurzschluß hindurch zum Verbrennungsmotor zurückströmt und daß während des Kühlerbetriebs das vom Verbrennungsmotor kommende Kühlmittel im wesentlichen durch den Kühler hindurch zum Verbrennungsmotor zurückströmt. Die elektrische Beheizung des Dehnstoffelements dient zum Vergrößern des Öffnungsquerschnittes zum Kühler hin gegenüber einem durch die Temperatur des Kühlmittels im Bereich des Thermostatventils bedingten Öffnungsquerschnitt.
- Eine Kühlanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs ist beispielsweise aus der DE 30 18 682 A1 bekannt. Bei dieser bekannten Kühlanlage ist in einem Dehnstoffelement eines Thermostatventils ein elektrischer Heizwiderstand angeordnet, dem elektrische Energie durch einen stationär gehaltenen Arbeitskolben hindurch zuführbar ist. Die Zufuhr der elektrischen Energie erfolgt über eine Regeleinrichtung, um die vom Thermostatventil eingeregelte Kühlmitteltemperatur besser als bei einem normalen Thermostatventil konstant halten zu können. Hierzu wird die Ist-Kühlmitteltemperatur gemessen und mit einem vorgegebenen oberen und mit einem vorgegebenen unteren Temperaturwert verglichen. Wird der obere Temperaturwert erreicht, so wird der Heizwiderstand mit elektrischer Energie versorgt, so daß das Thermostatventil weiter öffnet, um eine erhöhte Kühlleistung umd damit eine Absenkung der Ist-Kühlmitteltemperatur zu erreichen. Sinkt die Ist-Kühlmitteltemperatur danach unter den unteren Temperaturwert, so wird die Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Heizwiderstand unterbrochen, so daß das Dehnstoffelement vom kälteren Kühlmittel abgekühlt wird. Dadurch wird der Ventilquerschnitt wieder verringert, so daß die Ist-Kühlmitteltemperatur wieder ansteigt. Diese Regelspiele werden ständig wiederholt, um eine Kühlmitteltemperatur im Bereich von beispielsweise 95°C möglichst konstant einzuhalten.
- Aus der DE 37 05 232 A1 ist eine Temperaturregeleinrichtung bekannt, bei der anstelle eines üblichen Thermostatventils mit einem Dehnstoffelement ein mittels eines Stellmotors regelbares Ventil vorgesehen ist. Bei dieser bekannten Temperaturregeleinrichtung wird der Stellmotor zur Verstellung des Ventils in Abhängigkeit von einem Sensor gesteuert, der die Kühlmitteltemperatur in einer mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Leitung mißt. Der Sensor ist darüber hinaus mit einer Heizeinrichtung versehen. Die Heizeinrichtung ist in Abhängigkeit von Kennfeldgrößen des Verbrennungsmotors ein- und ausschaltbar. Bei dieser bekannten Temperaturregeleinrichtung kann demnach durch Beheizen des Sensors eine höhere als die reale Kühlmitteltemperatur vorgetäuscht werden, um eine verstärkte Kühlung des Kühlmittels zu erreichen. Eine derartige Temperaturregeleinrichtung ist konstruktiv besonders aufwendig und damit kostenintensiv.
- In der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 43 24 178 ist ferner eine Kühlanlage für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges eingangs genannter Art beschrieben, bei der das Dehnstoffelement derart ausgelegt ist, daß sich die Kühlmitteltemperatur ohne Beheizung des Dehnstoffelementes im Warmlaufbetrieb und/oder im Mischbetrieb auf eine obere Grenztemperatur einregelt. Bei dieser Kühlanlage ist eine Steuereinheit vorgesehen, die abhängig von erfaßten Betriebs- und/oder Umweltgrößen des Verbrennungsmotors die Beheizung des Dehnstoffelementes bei Bedarf freigibt, um die Betriebsweise der Kühlanlage vom Warmlaufbetrieb oder vom Mischbetrieb der oberen Arbeitsgrenztemperatur hin zum Mischbetrieb oder Kühlbetrieb einer gegenüber der oberen Arbeitsgrenztemperatur niedrigeren Kühlmitteltemperatur zu verlagern. Da bei dieser Kühlanlage das Dehnstoffelement des Thermostatventils in Abhängigkeit von erfaßten Betriebs- und/oder Umweltgrößen des Verbrennungsmotors erfolgt, ist zur Steuerung der Beheizung des Dehnstoffelementes eine elektronische Steuereinheit erforderlich, in der die erfaßten Betriebs- und/oder Umweltgrößen des Verbrennungsmotors in geeigneter Weise verarbeitet und zur Steuerung der Beheizung des Dehnstoffelementes herangezogen werden.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlanlage der eingangs genannten Art möglichst einfach so weiterzubilden, daß damit der Betrieb des Verbrennungsmotors bezüglich des Kraftstoffverbrauchs und der Abgaswerte optimiert werden kann, ohne daß im Falle eines erhöhten Leistungsbedarfs die Leistung des Verbrennungsmotors verringert ist.
- Diese Aufgabe wird nach dem Kennzeichenteil des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß sich durch Auslegung des Dehnstoffelementes die Kühlmitteltemperatur ohne Beheizung des Dehnstoffelementes im Mischbetrieb auf eine obere Arbeitsgrenztemperatur einregelt und daß ein Temperaturschalter vorgesehen ist, der abhängig von der am oder in Nähe des Kühlerausgangs erfaßten Kühlmitteltemperatur die Beheizung des Dehnstoffelementes bei Bedarf freigibt, um die Betriebsweise der Kühlanlage zum Kühlerbetrieb hin zu verlagern.
- Die obere Arbeitsgrenztemperatur ist vorzugsweise gleich der verbrauchsgünstigsten Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors und ist geringfügig kleiner als die maximal zulässige Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors. Vorzugsweise liegt die obere Arbeitsgrenztemperatur über 100°C, insbesondere bei ca. 105°C. Die maximal zulässige Betriebstemperatur ist die höchstmögliche Temperatur, mit der der Verbrennungsmotor im Normalbetrieb über längere Zeit störungsfrei betrieben werden kann. Dadurch wird auch bei Ausfall der elektrischen Beheizung des Dehnstoffelementes eine Beschädigung des Verbrennungsmotors verhindert. Üblicherweise liegt die maximal zulässige Betriebstemperatur zwischen 105°C und 120°C.
- Wird das Dehnstoffelement nicht elektrisch beheizt, stellt sich ein Öffnungsquerschnitt zum Kühler hin ausschließlich in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors ein. Dieser Öffnungsquerschnitt bewirkt ein Einregeln der Kühlmitteltemperatur auf die definierte obere Arbeitsgrenztemperatur. Dabei wird das Dehnstoffelement, z. B. durch Auswahl eines entsprechenden temperaturabhängigigen Materials und einer geeigneten konstruktiven Ausgestaltung, so ausgelegt, daß bei der definierten oberen Arbeitsgrenztemperatur der Öffnungsquerschnitt des Kühlers noch nicht maximal ist, d. h. kein reiner Kühlerbetrieb erreicht wird. So ist durch zusätzliches Beheizen des Dehnstoffelements eine weitere Vergrößerung des Öffnungsquerschnittes und damit eine Verlagerung in Richtung zum Kühlerbetrieb hin möglich.
- Ergänzend sei darauf hingewiesen, daß der Öffnungsquerschnitt zum Kühler hin und der Öffnungsquerschnitt zu dem den Kühler umgehenden Kurzschluß hin gegensinnig verändert werden.
- Durch die erfindungsgemäße Kühlanlage wird im Normalbetrieb, d. h. nicht bei erhöhter Leistungsanforderung, wie z. B. im Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine oder bei Bergfahrt des von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeuges, eine möglichst hohe Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors erreicht. Dabei ist beispielsweise aufgrund von geringerer Reibung die Leistungsaufnahme des Verbrennungsmotors geringer, wodurch sich der Kraftstoffverbrauch senken und die Abgaszusammensetzung verbessern läßt. Um jedoch dann, wenn der Betriebszustand des Verbrennungsmotors durch erhöhte Leistungsanforderung ein niedrigeres Kühlmitteltemperaturniveau erfordert, schnell auf dieses Kühlmitteltemperaturniveau umschalten zu können, ist erfindungsgemäß ein Temperaturschalter vorgesehen, der abhängig von der am oder in Nähe des Kühlerausgangs erfaßten Kühlmitteltemperatur elektrische Energie dem beheizbaren Dehnstoffelement in dem Sinne zuführt, daß eine erhöhte Kühlleistung durch weiteres öffnen des Thermostatventils erhalten wird und damit eine verringerte Kühlmitteltemperatur schnell erreicht wird. Zu hohe Kühlmittel bzw. Brennkraftmaschinen-Temperaturen bei erhöhter Leistungsanforderung würden zu einem verringerten Füllungsgrad und damit zu einer verringerten Leistung der Brennkraftmaschine führen.
- Der Vorteil der erfindungsgemäßen Kühlanlage gegenüber der in der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 43 24 178 beschriebenen Kühlanlage besteht darin, daß in Abhängigkeit von unterschiedlichen Leistungsanforderungen an die Brennkraftmaschine verschiedene Kühlmitteltemperaturniveaus mit Hilfe eines einfachen Temperaturschalters unter Verzicht auf ein technisch aufwendiges und kostspieliges elektronisches Steuergerät erreicht werden können. Damit bietet sich die erfindungsgemäße Kühlanlage insbesondere für einen Verbrennungsmotor für Kraftfahrzeuge des unteren Preissegmentes an. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kühlanlage besteht darin, daß auf die aufwendige und kostenintensive Erfassung von Betriebs- und Umweltgrößen des Verbrennungsmotors verzichtet werden kann.
- Die Beheizung des Dehnstoffelementes kann beispielsweise zeitgesteuert nach einer bestimmten vorgegebenen Zeit wieder abgeschaltet werden.
- Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist jedoch ein Zweipunktschalter als Temperaturschalter vorgesehen, dessen oberer Schaltpunkt im Bereich von 55°C bis 75°C, vorzugsweise bei 65°C liegt und dessen unterer Schaltpunkt minimal 5°C und maximal 50°C unterhalb des oberen Schaltpunktes liegt. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird die Beheizung des Dehnstoffelementes wieder abgeschaltet, wenn die am oder in Nähe des Kühlerausgangs erfaßte Kühlmitteltemperatur den unteren Schaltpunkt des Zweipunktschalters unterschreitet.
- Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
- Es zeigen
- Fig. 1
- eine erfindungsgemäße Kühlanlage für eine Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung und
- Fig. 2 oben
- einen mit der erfindungsgemäßen Kühlanlage gewonnenen Verlauf der Kühlmitteltemperatur am Ausgang des Kühlers der Brennkraftmaschine sowie
- unten
- den dazugehörigen Heizspannungsverlauf für die Beheizung des Dehnstoffelementes des Thermostatventiles der erfindungsgemäßen Kühlanlage.
- Die in Fig. 1 dargestellte Kühlanlage für einen Verbrennungsmotor 1 umfaßt einen Kühler 2. Zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und dem Kühler 2 ist eine Kühlmittelpumpe 3 angeordnet, die eine Strömung des Kühlmittels in die mit Pfeilen dargestellte Richtung erzeugt. Vom Kühlmittelaustritt 4 des Verbrennungsmotors 1 führt eine Vorlaufleitung 5 zum Kühlmitteleingang 6 des Kühlers 2. Vom Kühlmittelaustritt oder -ausgang 7 des Kühlers 2 führt zum Kühlmitteleintritt 8 des Verbrennungsmotors 1 eine Rücklaufleitung 9. In der Rücklaufleitung 9 ist ein Thermostatventil 10 mit einem hier nicht dargestellten Dehnstoffelement angeordnet. Ferner ist in der Rücklaufleitung 9 ein Temperaturschalter in Form eines Zweipunktschalters 11 vorgesehen. Der Zweipunktschalter 11 steuert die Beheizung des Dehnstoffelementes des Thermostatventils 10 in Abhängigkeit von der am oder in Nähe des Kühlerausgangs 7 erfaßten Kühlmitteltemperatur indem eine elektrische Heizspannung U an ein Heizelement des Dehnstoffelementes des Thermostatventils 10 angelegt wird. Das Thermostatventil 10 ist ferner über eine Kurzschlußleitung 12 mit der Vorlaufleitung 5 verbunden.
- Die Kühlanlage arbeitet im wesentlichen in drei Betriebsweisen. In einer ersten Betriebsweise, dem sog. Warmlaufbetrieb, insbesondere nach dem Kaltstart des Verbrennungsmotors 1, ist das Thermostatventil 10 so eingestellt, daß die vom Verbrennungsmotor 1 kommende Kühlmittelströmung über die Kurzschlußleitung 12 im wesentlichen vollständig zum Verbrennungsmotor 1 zurückgeführt wird. In einer zweiten Betriebsweise arbeitet die Kühlanlage im Mischbetrieb, d. h. das vom Verbrennungsmotor 1 kommende Kühlmittel läuft teilweise durch den Kühler 2 und teilweise über die Kurzschlußleitung 12 zurück zum Verbrennungsmotor 1. In einer dritten Betriebsweise arbeitet die Kühlanlage im Kühlerbetrieb, d. h. das vom Verbrennungsmotor 10 kommende Kühlmittel wird im wesentlichen vollständig durch den Kühler 2 hindurch zum Verbrennungsmotor 1 zurückgeführt.
- Die Betriebsweise der Kühlanlage kann durch Beheizung des Dehnstoffelementes des Thermostatventils 10 durch Ansteuerung über eine elektrische Leitung 13, durch die das Thermostatventil 10 mit dem Zweipunktschalter 11 elektrisch verbunden ist, 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 Dehnstoffelementes erreichten Temperaturniveau. Wird danach die Beheizung des Dehnstoffelementes des Thermostatventiles 10 durch Ansteuerung durch den Zweipunktschalter 11 über die elektrische Leitung 13 wieder unterbrochen, so kühlt das jetzt kühlere Kühlmittel das Dehnstoffelement des Thermostatventils 10 ab bis es eine eingeregelte Endstellung im Mischbetrieb einnimmt, so daß die Kühlmitteltemperatur wieder auf eine Endtemperatur angehoben wird. Die eingeregelte Endtemperatur im Mischbetrieb wird auf die obere Arbeitsgrenztemperatur festgelegt.
- Die Versorgung des Thermostatventils 10 mit elektrischer Energie wird durch den Zweipunkttemperaturschalter 11 über die elektrische Leitung 13 in Abhängigkeit von der am oder in Nähe des Kühlerausgangs 7 erfaßten Kühlmitteltemperatur gesteuert. Da die Kühlmitteltemperatur am oder in Nähe des Kühlerausgangs 7 in sehr guter Näherung den Belastungszustand der Brennkraftmaschine 1 wiedergibt, eignet sich diese Kühlmitteltemperatur am oder in Nähe des Kühlerausgangs 7 sehr gut zur Steuerung der Beheizung des Dehnstoffelementes des Thermostatventils 10. Dies ist die Grundlage dafür, daß die Steuerung der Beheizung des Dehnstoffelementes des Thermostatventils in konstruktiv sehr einfacher und damit sehr kostengünstiger Weise durch einen einfachen Temperaturschalter, vorzugsweise einen Zweipunkttemperaturschalter erfolgen kann. Es ist damit nicht erforderlich, verschiedene Betriebs- und/oder Umweltgrößen des Verbrennungsmotors 1 zu erfassen und in einem teueren elektronischen Steuergerät zur Steuerung der Beheizung des Dehnstoffelementes des Thermostatventils 10 zu verarbeiten.
- In Fig. 2 oben ist in einem Diagramm die Kühlmitteltemperatur T über der Zeit t bei Vollast des Verbrennungsmotors 1 (Fig. 1) dargestellt, wie er sich mittels der erfindungsgemäßen Kühlanlage erreichen läßt. Das Dehnstoffelement des Thermostatventils 10 (Fig. 1) wird beispielsweise durch die Zusammensetzung des Dehnstoffes auf eine obere Arbeitsgrenztemperatur ausgelegt, die hier beispielsweise einer Kühltemperatur von ca. 105°C im eingeregelten Mischbetrieb entspricht. Diese Kühlmitteltemperatur von ca. 105°C wird jedoch nur im Teillastbetrieb des Verbrennungsmotors erreicht, bei dem es zweckmäßig ist, durch Verminderung von Reibung den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren und gleichzeitig die Abgaszusammensetzung zu verbessern. Grundsätzlich soll die Kühlmitteltemperatur zur Verbrauchsoptimierung immer so heiß wie möglich aber bei Leistungsanforderungen im Vollastbereich zur Verbesserung der Zylinderfüllung so kühl wie möglich sein.
- Das Dehnstoffelement des Thermostatventiles 10 ist so ausgelegt, daß bei hier ca. 105°C der mögliche Verstellweg des Thermostatventils bzw. der maximal mögliche Öffnungsquerschnitt noch nicht eingestellt ist. So kann bei Vollast des Verbrennungsmotors das Dehnstoffelement des Thermostatventils 10 (Fig. 1) derart beheizt werden, daß zur möglichst schnellen Verringerung der Kühlmitteltemperatur ein maximaler Öffnungsquerschnitt zum Kühler hin eingestellt wird und dadurch vollständig in den Kühlerbetrieb übergegangen wird. Der Vollastbetrieb wird bei der erfindungsgemäßen Kühlanlage durch den Temperaturschalter in Form des Zweipunktschalters 11 (Fig. 1) erfaßt. Wenn aufgrund einer starken Beanspruchung des Verbrennungsmotors die Kühlmitteltemperatur am oder in Nähe des Kühlerausgangs 7 (Fig. 1), wie in Fig. 2 oben beim Punkt A gezeigt, die kritische obere Temperaturschwelle von 65°C und damit den oberen Schaltpunkt überschreitet, wird wie in Fig. 2 unten dargestellt, zum Zeitpunkt t₁ die Heizspannung U zum Beheizen des Dehnstoffelementes des Thermostatventiles 10 an das Heizelement des Dehnstoffelementes so lange angelegt, bis die Temperatur des Kühlmittels am oder in Nähe des Kühlerausgangs 7 (Fig. 1) die in Fig. 2 oben dargestellte untere Temperaturschwelle von 60°C und damit den unteren Schaltpunkt des Temperaturschalters 11 erreicht. Dann wird, wie in Fig. 2 unten dargestellt, zum Zeitpunkt t₂, d. h. nach einer Zeitspanne Δ t die Beheizung des Dehnstoffelementes des Thermostatventils 10 (Fig. 1) wieder unterbrochen. Dies hat die Folge, daß die Kühlmitteltemperatur am oder in Nähe des Kühlerausgangs 7 (Fig. 1) wieder so lange langsam ansteigt, bis die obere Temperaturschwelle von 65°C wieder erreicht ist, und der Zeitpunktschalter 11 (Fig. 1) mit Erreichen seines oberen Schaltpunktes die Spannung U wieder an das Heizelement zur Beheizung des Dehnstoffelementes des Thermostatventiles 10 (Fig. 1) erneut anlegt.
- Der erfindungsgemäßen Kühlanlage liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Kühlmitteltemperatur am oder in Nähe des Ausgangs 7 des Kühlers 2 in sehr guter Annäherung ein Maß für die Belastung des Verbrennungsmotors 1 darstellt. Diese Erkenntnis wird bei der erfindungsgemäßen Kühlanlage dadurch genutzt, daß am oder in unmittelbarer Nähe des Ausgangs 7 des Kühlers 2 ein Temperaturschalter in Form eines Zweipunktschalters 11 vorgesehen ist, der die belastungsabhängige Beheizung des Dehnstoffelementes des Thermostatventiles 10 im Vollastbetrieb des Verbrennungsmotors 1 steuert. Bei dieser einfachen Art der Steuerung der Beheizung des Dehnstoffelementes des Thermostatventiles 10 kann auf die kostenintensive Erfassung der Betriebs- und Umweltgrößen des Verbrennungsmotors 1 sowie ferner auf ein teueres elektronisches Steuergerät verzichtet werden. Die erfindungsgemäße Kühlanlage eignet sich daher insbesondere für Kraftfahrzeuge des unteren Preissegmentes.
Claims (2)
- Kühlanlage für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges mit einem Kühler und einem Thermostatventil, mit dem die Temperatur des Kühlmittels in einem Warmlaufbetrieb, einem Mischbetrieb und einem Kühlerbetrieb regelbar ist, wobei das Thermostatventil ein Dehnstoffelement enthält, das zum Reduzieren der Kühlmitteltemperatur elektrisch beheizbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß sich durch Auslegung des Dehnstoffelementes die Kühlmitteltemperatur ohne Beheizung des Dehnstoffelementes im Mischbetrieb auf eine obere Arbeitsgrenztemperatur einregelt und daß ein Temperaturschalter (11) vorgesehen ist, der abhängig von der am oder in Nähe des Kühlerausgangs (7) erfaßten Kühlmittelltemperatur (T) die Beheizung des Dehnstoffelementes bei Bedarf freigibt, um die Betriebsweise der Kühlanlage zum Kühlerbetrieb hin zu verlagern. - Kühlanlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturschalter (11) ein Zweipunktschalter ist, dessen oberer Schaltpunkt im Bereich von 55°C bis 75°C, vorzugsweise bei 65°C liegt und dessen unterer Schaltpunkt minimal 5°C und maximal 50°C unterhalb des oberen Schaltpunktes liegt.
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