EP1344913A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des Kühlmittelvolumens in einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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EP1344913A2
EP1344913A2 EP03100364A EP03100364A EP1344913A2 EP 1344913 A2 EP1344913 A2 EP 1344913A2 EP 03100364 A EP03100364 A EP 03100364A EP 03100364 A EP03100364 A EP 03100364A EP 1344913 A2 EP1344913 A2 EP 1344913A2
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EP
European Patent Office
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coolant
internal combustion
combustion engine
pump
temperature
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Withdrawn
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EP03100364A
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Erwin Bauer
Dietmar Ellmer
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Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for Regulation of the coolant volume flow in an internal combustion engine according to the preambles of claims 1 and 14.
  • Such conventional cooling systems usually include one either directly or indirectly via a mobile Traction means, e.g. V-belt driven by the internal combustion engine Coolant pump and an expansion thermostat.
  • the coolant pump therefore works and depends on the engine speed designed so that in any operating state of the internal combustion engine sufficient coolant flow is provided becomes.
  • the coolant temperature is regulated. This is a temperature dependent Expansion regulator provided a valve actuated, the increasing with decreasing coolant temperature Coolant flow past the radiator. Dehnstoffregler and valve form a structural unit and are in general referred to as a radiator thermostat.
  • the radiator thermostat Starting from the cold operating state of the internal combustion engine the radiator thermostat is initially closed and the coolant circulation takes place exclusively in a bypass circuit the internal combustion engine instead. This is also called “smaller Cooling circuit ". From a certain coolant temperature opens the radiator thermostat and the coolant flow flows to the radiator, there due to the wind and / or the radiator fan cooled and back to Internal combustion engine returned. This is also called “great Cooling circuit ".
  • Rapid heating of such a liquid-cooled Internal combustion engine can also be achieved in that the circulation of the coolant in the "small cooling circuit" (Bypass) is interrupted. This can be done, for example, by a suitable coolant mixing valve or mechanically from the internal combustion engine driven coolant pump Providing a switchable clutch can be achieved.
  • the cooling circuit can be switched off easily of the electric motor of the coolant pump is interrupted become. Since the coolant no longer circulates, one also speaks of a "standing coolant".
  • coolant temperature sensors usually are arranged outside the internal combustion engine and as a result no more reliable signals via the thermal Deliver the operating state of the internal combustion engine.
  • Another one Problem is that after activating the coolant circulation relatively cold coolant in the internal combustion engine flows in, which in the worst case is a thermal shock and result in component damage can.
  • the problem can be solved, for example, by depending on an initial coolant temperature only for the circulation of the coolant is prevented for a certain period of time becomes. In this procedure, however, one must be sufficient large safety margin regarding the critical temperature for the internal combustion engine, so that a Part of the potential for shortening the heating-up time is not used remains.
  • the invention has for its object a method and a device for regulating the coolant volume flow in specify an internal combustion engine, with which or with one rapid and even heating of the internal combustion engine is ensured.
  • Coolant pump operating in a selected operating area the internal combustion engine via signals from a control device is controlled such that between the coolant inlet and coolant outlet of the internal combustion engine located coolant volume alternately from the internal combustion engine is pumped out and in, a rapid and even heating of the internal combustion engine be ensured. This is especially true during a cold start and important when warming up the internal combustion engine.
  • a temperature sensor at the coolant outlet can be used here the thermal condition of the internal combustion engine was assessed very precisely become.
  • Another benefit is that heated coolant pumped back into the internal combustion engine after leaving it and thus hardly any heat is lost.
  • Another advantage is that the Internal combustion engine, i.e. at the coolant inlet and at the coolant outlet a more moderate temperature gradient is achieved and thus after activation of the continuous circulation the risk of thermal shock is significantly reduced.
  • the method can be carried out particularly easily if an electrically driven, in terms of their pumping direction reversible coolant pump is used.
  • the reversal the pumping direction can be done in a simple manner by appropriate electrical control signals from a control device respectively.
  • the coolant circuit of the internal combustion engine 10 has one Reversible coolant pump 11, which in the shown embodiment as an electrically driven Coolant pump is designed. In particular, for example also a radial pump with adjustable speed be used.
  • an electrically controllable actuator 12 in the form a 3/2 way proportional valve.
  • This actuator has three connections I, II, III, in the following the connections I and II also as inputs and the Connection III can also be called an output.
  • By appropriate Control of the actuator 12 can Coolant volume flow depending on the operating range of the internal combustion engine Divide 10 as explained in more detail later becomes.
  • the internal combustion engine 10 has one, not shown Cooling jacket around the cylinder 13 and the coolant pump 11 conveys the coolant into the cooling jacket around the cylinders 13, it flushes them and reaches the cylinder head through through holes.
  • a Coolant outlet 14 is provided, to which a line 15 is connected is.
  • the line 15 leads to an unspecified Connection of the coolant pump 11.
  • the other Connection of the coolant pump 11 leads via a line 16 a coolant inlet 17 of a cooler 18.
  • the cooler 18 the waste heat generated in the internal combustion engine 10 the coolant is discharged to the environment.
  • at least one is also electrical driven fan 19 is provided. Switching on the fan 19 is usually temperature controlled or regulated.
  • a coolant outlet 20 of the cooler 18 is via a line 21 connected to the input I of the actuator 12.
  • the Line 16 which connects the coolant pump 11 to the coolant inlet 17 connects to the cooler 18 is a branch for one Bypass line 22 provided to the input II of the actuator 12 leads.
  • the output III of the actuator 12 is over a line 23 with an engine-side coolant inlet 24 connected.
  • the actuator 12 signals via a control line 25 connected to a control device 26.
  • Such electronic control devices that usually one or more microprocessors, as well as a time counter 29 include and that in addition to fuel injection a variety of other control and regulatory tasks of the Take over internal combustion engine 10 are known per se, so that only in the following in connection with the invention relevant structure and how it works becomes.
  • a temperature sensor 27 on the engine-side coolant outlet 14 provides the temperature of the coolant on the engine Exit corresponding signal TKW to the control device 26 for controlling actuator 12 as required.
  • the control device 26 are also a variety of means corresponding input signals recorded in corresponding sensors referred to the figures with the reference symbol ES.
  • the individual actuators and components are output signals AS controlled that to operate the internal combustion engine 10 are necessary.
  • the electric coolant pump 11 and the fan 19 are also via control lines with the control device 26 connected.
  • control device 26 has a memory 28 connected, in which, among other things, predetermined threshold values SW1, SW2 stored for the temperature of the coolant are.
  • the signal TKW of the temperature sensor 27 is read in at the start of the internal combustion engine 10 and compared with a predetermined threshold value SW1, which characterizes a cold internal combustion engine and is stored in the memory 28. If the value of the coolant temperature is below this threshold value SW1, a cold start of the internal combustion engine is concluded and the actuator 12 is controlled by an electrical signal from the control device 26 such that there is a flow connection between the input II and the output III of the actuator 12.
  • the coolant pump 11 is then briefly actuated for a period T before such that a coolant volume flow flows via the line 16, the bypass line 22, the control valve 12, the line 23 to the location of the temperature sensor 27.
  • the direction of the coolant volume flow is shown in FIG. 1 with solid arrow symbols.
  • the time period T before during which the coolant pump 11 is activated so that a coolant flow takes place to the location of the temperature sensor 27, is determined experimentally for the internal combustion engine 10 in question. It is essentially dependent on the structural design of the internal combustion engine, in particular on the mass, the number of cylinders and the dimensioning of the cooling jacket. This time period T before is monitored by the time counter 29 of the control device 26 and is usually in the range of seconds.
  • the coolant pump 11 is deactivated again.
  • the signal from the temperature sensor 27 is continuously read in and compared with a further threshold value SW2, which characterizes a warm internal combustion engine. Typical values for this are in the range of 80 ° C - 90 ° C. This value is also stored in the memory 28.
  • the coolant pump 11 is reactivated after a further period of time T wait , which is also determined experimentally. However, the coolant pump is now controlled in such a way that the coolant is now delivered in the opposite direction by the internal combustion engine 10.
  • the direction of the coolant volume flow is shown in FIG. 1 with arrow symbols shown in broken lines.
  • the time period Tschreib during which the coolant pump 11 pumps the coolant 11 in the opposite direction is preferably identical to the above-mentioned time period T before .
  • the coolant pump 11 is now controlled so that a continuous Coolant flow in one direction from the coolant pump 11, via line 16, the Radiator 18, line 21, actuator 12 and line 23 to the internal combustion engine 10 and from there again via the Line 15 can circulate back to the coolant pump 11.
  • the bypass line 22 is switched off, i.e. it there is no connection between input II and the output III of the actuator 12.
  • the direction of the coolant volume flow is again drawn in with arrow symbols in FIG.
  • the invention was explained using an example in which the Reversal of the pump direction of the coolant pump takes place electrically.
  • a coolant pump mechanically driven by the internal combustion engine possible.
  • mechanical components such as ensuring gears and clutches, that the coolant pump from both the engine temporarily disconnected, as well as the pump direction changed can be.

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Abstract

Durch den Einsatz einer bezüglich ihrer Pumprichtung umkehrbaren Kühlmittelpumpe (11), welche in einem ausgewählten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine (10) über Signale einer Steuerungseinrichtung (26) derart angesteuert wird, dass das zwischen Kühlmitteleinlass (24) und Kühlmittelauslass (14) der Brennkraftmaschine (10) befindliche Kühlmittelvolumen alternierend aus der Brennkraftmaschine (10) heraus- und hineingepumpt wird, kann eine schnelle und gleichmäßige Erwärmung der Brennkraftmaschine (10) sichergestellt werden. Dies ist insbesondere beim Kaltstart und beim Warmlauf der Brennkraftmaschine von Bedeutung. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung des Kühlmittelvolumenstromes in einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 14.
Bei der Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches treten örtlich im Brennraum einer Brennkraftmaschine Spitzentemperaturen von mehr als 2000°C auf. Um eine thermische Überlastung der eingesetzten Materialien für Zylinderkopf, Ventile, Zündkerzen, Einspritzventil, Zylinder, Kolben, Kolbenringe, Dichtungen usw. zu verhindern, muss eine Kühlung erfolgen. Dabei hat sich weitgehend die Zwangsumlaufkühlung mittels einer Kühlflüssigkeit durchgesetzt. Dabei sind Zylinder und Zylinderkopf doppelwandig ausgeführt. Der Zwischenraum ist mit einer Kühlflüssigkeit gefüllt und so ausgebildet, dass ein Kühlmittelkreislauf entsteht. Als Kühlflüssigkeit dient eine Mischung aus Wasser, Frostschutzmittel und fallspezifischen Inhibitoren.
Solche konventionelle Kühlsysteme beinhalten in der Regel eine entweder unmittelbar oder mittelbar über ein bewegliches Zugmittel, z.B. Keilriemen von der Brennkraftmaschine angetriebene Kühlmittelpumpe und ein Dehnstoffthermostat. Die Kühlmittelpumpe arbeitet daher motordrehzahlabhängig und ist so ausgelegt, dass in jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein ausreichender Kühlmittelstrom zur Verfügung gestellt wird. Um eine in engen Grenzen konstante Kühlmittelund damit auch Brennkraftmaschinentemperatur zu erhalten, wird die Kühlmitteltemperatur geregelt. Hierzu ist ein temperaturabhängiger Dehnstoffregler vorgesehen, der ein Ventil betätigt, das bei sinkender Kühlmitteltemperatur einen zunehmenden Kühlmittelstrom am Kühler vorbeiführt. Dehnstoffregler und Ventil bilden eine bauliche Einheit und werden im allgemeinen als Kühlerthermostat bezeichnet.
Ausgehend vom kalten Betriebszustand der Brennkraftmaschine ist das Kühlerthermostat zunächst geschlossen und die Kühlmittelzirkulation findet ausschließlich in einem Bypasskreislauf der Brennkraftmaschine statt. Dies wird auch als "kleiner Kühlkreislauf" bezeichnet. Ab einer bestimmten Kühlmitteltemperatur öffnet das Kühlerthermostat und der Kühlmittelstrom fließt zum Kühler, wird dort aufgrund des Fahrtwindes und/oder des Kühlerventilators abgekühlt und wieder zur Brennkraftmaschine zurückgeleitet. Dies wird auch als "großer Kühlkreislauf" bezeichnet.
Aus MTZ Motortechnische Zeitschrift 57 (1996) Heft 7/8, Seiten 424-428 ist ein kennfeldgesteuertes Temperaturregelsystem für Motorkühlkreisläufe bekannt, bei dem ein elektrisch regelbares Thermostatventil zum Einsatz gelangt. In Abweichung zu einem Thermostatventil in der Bauweise eines Kühlmittelthermostateinsatzes ohne Hilfsenergie wird hierbei das Regelund Stellelement zusätzlich zu der Erfassung der aktuellen Kühlmitteltemperatur die Möglichkeit der Zuführung von elektrischer Energie vorgesehen. Diese Energie wird über einen elektrischen Widerstand in Form von Wärme direkt in die temperaturempfindliche Dehnstoffmasse eingeleitet. Damit wird für das Regel- und Stellelement ein höheres Kühlmitteltemperaturniveau simuliert, woraus sich ein Temperaturkennfeld erzeugen lässt. Durch entsprechende Ansteuerung ist es möglich, jeden Betriebspunkt innerhalb dieses Temperaturfeldes der Kühlmitteltemperatur zuzuordnen. Dadurch kann ein thermisch optimaler Betriebspunkt der Brennkraftmaschine eingestellt werden.
In der DE 32 38 919 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb einer flüssigkeitsgekühlten Verbrennungskraftmaschine beschrieben. Dabei wird nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine, deren Zylinderblock mit Kanälen für einen Umlauf von Kühlflüssigkeit vorgesehen ist, die warme Kühlflüssigkeit zu einem isolierten Vorratsbehälter transportiert. Vor einem erneuten Start der Brennkraftmaschine wird die gewärmte Kühlflüssigkeit vom Vorratsbehälter wieder zurück in die Kanäle des Zylinderblocks geleitet, so dass der Zylinderblock sich vor dem Start erwärmt. Dafür ist eine elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpe vorgesehen, mit der die Kühlflüssigkeit aus den Kanälen des Zylinderblocks zum Vorratsbehälter und wieder zurück gepumpt wird. Der Vorratsbehälter ist durch einen hin- und herbewegbaren Kolben in zwei Kammern aufgeteilt, von denen jede mit einem ihr zugeordneten Ende der Kühlkanäle des Zylinderblocks durch eine Leitung verbunden ist. Die bezüglich ihrer Pumprichtung elektrisch umschaltbare Kühlmittelpumpe ist in eine der Leitungen zwischengebaut.
Eine schnelle Erwärmung einer solchen flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine kann auch dadurch erreicht werden, dass die Zirkulation des Kühlmittels im "kleinen Kühlkreislauf" (Bypass) unterbrochen wird. Dies kann beispielsweise durch ein geeignetes Kühlmittelmischventil oder bei mechanisch von der Brennkraftmaschine angetriebener Kühlmittelpumpe durch Vorsehen einer schaltbaren Kupplung erreicht werden. Bei Kühlsystemen mit einer elektrisch angetriebenen Kühlmittelpumpe kann der Kühlkreislauf auf einfache Weise durch Abschalten des Elektromotors der Kühlmittelpumpe unterbrochen werden. Da hierbei das Kühlmittel nicht mehr zirkuliert, spricht man auch von einem "stehenden Kühlmittel".
Das Problem, das sich bei einem solchen Vorgehen ergibt, liegt darin, dass Kühlmitteltemperatursensoren in der Regel außerhalb der Brennkraftmaschine angeordnet sind und infolgedessen keine verläßliche Signale mehr über den thermischen Betriebszustand der Brennkraftmaschine liefern. Ein weiteres Problem liegt darin, dass nach Aktivierung der Kühlmittelzirkulation verhältnismäßig kaltes Kühlmittel in die Brennkraftmaschine nachströmt, was im schlimmsten Fall einen Thermoschock und daraus resultierend eine Bauteilschädigung hervorrufen kann.
Das Problem kann beispielsweise dadurch gelöst werden, dass abhängig von einer Initialkühlmitteltemperatur lediglich für eine bestimmte Zeitdauer die Zirkulation des Kühlmittels unterbunden wird. Bei diesem Verfahren muß jedoch eine genügend große Sicherheitsspanne bezüglich der kritischen Temperatur für die Brennkraftmaschine eingehalten werden, so dass ein Teil des Potentials zur Verkürzung der Aufheizzeit ungenutzt bleibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung des Kühlmittelvolumenstromes in einer Brennkraftmaschine anzugeben, mit dem bzw. mit der eine schnelle und gleichmäßige Erwärmung der Brennkraftmaschine sichergestellt ist.
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichnete Erfindung gelöst.
Durch den Einsatz einer bezüglich ihrer Pumprichtung umkehrbaren Kühlmittelpumpe, welche in einem ausgewählten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine über Signale einer Steuerungseinrichtung derart angesteuert wird, dass das zwischen Kühlmitteleinlass und Kühlmittelauslass der Brennkraftmaschine befindliche Kühlmittelvolumen alternierend aus der Brennkraftmaschine heraus- und hineingepumpt wird, kann eine schnelle und gleichmäßige Erwärmung der Brennkraftmaschine sichergestellt werden. Dies ist insbesondere beim Kaltstart und beim Warmlauf der Brennkraftmaschine von Bedeutung.
Über einen Temperatursensor am Kühlmittelauslass kann hierbei der thermische Zustand der Brennkraftmaschine sehr genau beurteilt werden.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass erwärmtes Kühlmittel nach Verlassen der Brennkraftmaschine wieder in diese zurückgepumpt wird und damit kaum Wärme verloren geht.
Durch das Transportieren des Kühlmittels in der einen und anschließend in der entgegengesetzten Richtung durch die Brennkraftmaschine, kommt nach wie vor ein Kühlmittelfluss zustande. Aufgrund der höheren Wärmeübergangskoeffizienten bei strömendem Kühlmittel wird dieses schneller erwärmt und im Anschluß daran kann Wärme schneller z.B. mittels Wärmetauscher an das Schmieröl der Brennkraftmaschine und/oder den Fahrzeuginnenraum abgegeben werden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass in den Randzonen der Brennkraftmaschine, d.h. am Kühlmitteleinlass und am Kühlmittelauslass ein gemäßigteres Temperaturgefälle erreicht wird und somit nach Aktivierung der kontinuierlichen Zirkulation die Gefahr eines Thermoschockes wesentlich herabgesetzt ist.
Darüber hinaus ist ein wesentlicher Vorteil darin zu sehen, dass bei längsdurchströmten Brennkraftmaschinen (Reihenmotoren) ein gleichmäßiges Temperaturniveau zwischen den Zylindern erreicht werden kann, was bei unidirektionaler Durchströmung nicht möglich ist.
Besonders einfach läßt sich das Verfahren durchführen, wenn eine elektrisch angetriebene, bezüglich ihrer Pumprichtung umkehrbare Kühlmittelpumpe verwendet wird. Die Umsteuerung der Pumprichtung kann dabei in einfacher Weise durch entsprechende elektrische Ansteuersignale von einer Steuerungseinrichtung erfolgen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1
in schematischer Darstellung einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine beim Kaltstart und
Fig. 2
in schematischer Darstellung einen Kühlmittelkreislauf bei betriebswarmer Brennkraftmaschine.
Beiden Figuren ist gemeinsam, dass lediglich die zum Verständnis der Erfindung nötigen Komponenten gezeigt sind. Insbesondere sind der zur Erwärmung eines Fahrzeuginnenraumes dienende Heizungswärmetauscher und der Kühlmittelausgleichsbehälter, sowie die dazugehörigen Leitungszweige weggelassen. Der Weg des Kühlmittelvolumenstromes innerhalb des Kühlmittelkreislaufes ist jeweils mit Pfeilsymbolen eingezeichnet.
Gleiche Komponenten sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden in der Regel nur einmal erläutert.
Der Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine 10 weist eine drehrichtungsumkehrbare Kühlmittelpumpe 11 auf, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpe ausgestaltet ist. Insbesondere kann beispielsweise auch eine in der Drehzahl regelbare Radialpumpe verwendet werden. Anstelle des herkömmlichen Kühlerthermostates ist ein elektrisch ansteuerbares Stellglied 12 in Form eines 3/2 Wege-Proportionalventils vorgesehen. Dieses Stellglied weist drei Anschlüsse I, II, III auf, wobei im folgenden die Anschlüsse I und II auch als Eingänge und der Anschluß III auch als Ausgang bezeichnet werden. Durch entsprechende Ansteuerung des Stellgliedes 12 lässt sich der Kühlmittelvolumenstrom je nach Betriebsbereich der Brennkraftmaschine 10 aufteilen, wie später noch näher erläutert wird.
Die Brennkraftmaschine 10 weist einen nicht dargestellten Kühlmantel um die Zylinder 13 auf und die Kühlmittelpumpe 11 fördert das Kühlmittel in den Kühlmantel um die Zylinder 13, es umspült diese und gelangt über Durchgangsbohrungen zum Zylinderkopf. Am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 10 ist ein Kühlmittelauslass 14 vorgesehen, an dem eine Leitung 15 angeschlossen ist. Die Leitung 15 führt zu einem nicht näher bezeichneten Anschluß der Kühlmittelpumpe 11. Der weitere Anschluß der Kühlmittelpumpe 11 führt über eine Leitung 16 zu einem Kühlmitteleinlass 17 eines Kühlers 18. In dem Kühler 18 wird die in der Brennkraftmaschine 10 entstehende Abwärme über das Kühlmittel an die Umgebung abgeführt. Um auch bei niedrigen Geschwindigkeiten des Fahrzeuges hohe Kühlleistungen zu erbringen, ist zusätzlich mindestens ein elektrisch angetriebener Lüfter 19 vorgesehen. Das Zuschalten des Lüfters 19 erfolgt in der Regel temperaturgesteuert oder -geregelt.
Ein Kühlmittelauslass 20 des Kühlers 18 ist über eine Leitung 21 mit dem Eingang I des Stellgliedes 12 verbunden. In der Leitung 16, welche die Kühlmittelpumpe 11 mit dem Kühlmitteleinlass 17 am Kühler 18 verbindet, ist ein Abzweig für eine Bypassleitung 22 vorgesehen, die an den Eingang II des Stellgliedes 12 führt. Der Ausgang III des Stellgliedes 12 ist über eine Leitung 23 mit einem motorseitigen Kühlmitteleinlass 24 verbunden.
Zur Regelung des Kühlmittelvolumenstromes durch die Brennkraftmaschine 10 durch entsprechende Ansteuerung mittels elektrischer Signale ist das Stellglied 12 über eine Ansteuerleitung 25 mit einer Steuerungseinrichtung 26 verbunden. Solche elektronischen Steuerungseinrichtungen, die in der Regel einen oder mehrere Mikroprozessoren, sowie einen Zeitzähler 29 beinhalten und die neben der Kraftstoffeinspritzung noch eine Vielzahl weiterer Steuer- und Regelungsaufgaben der Brennkraftmaschine 10 übernehmen, sind an sich bekannt, so dass im folgenden nur auf den im Zusammenhang mit der Erfindung relevanten Aufbau und dessen Funktionsweise eingegangen wird.
Ein Temperatursensor 27 am motorseitigem Kühlmittelauslass 14 liefert ein der Temperatur des Kühlmittels am motorseigen Austritt entsprechendes Signal TKW an die Steuerungseinrichtung 26 zur bedarfsgerechten Ansteuerung des Stellgliedes 12. Der Steuerungseinrichtung 26 werden ferner eine Vielzahl mittels entsprechender Sensorik aufgenommene Eingangssignale, in den Figuren mit dem Bezugszeichen ES bezeichnet, zugeführt. Über Ausgangssignale AS werden die einzelnen Aktoren und Komponenten angesteuert, die zum Betrieb der Brennkraftmaschine 10 notwendig sind.
Der elektrische Kühlmittelpumpe 11 und der Lüfter 19 sind ebenfalls über Ansteuerleitungen mit der Steuerungseinrichtung 26 verbunden.
Desweiteren ist die Steuerungseinrichtung 26 mit einem Speicher 28 verbunden, in dem unter anderem vorgegebene Schwellenwerte SW1, SW2 für die Temperatur des Kühlmittels gespeichert sind.
Anhand der Figur 1 wird nun erläutert, wie beim Kaltstart der Brennkraftmaschine 10 der Kühlmittelvolumenstrom eingestellt wird. Das Signal TKW des Temperatursensors 27 wird beim Start der Brennkraftmaschine 10 eingelesen und mit einem vorgegebenen, eine kalte Brennkraftmaschine kennzeichnenden Schwellenwert SW1, der in dem Speicher 28 abgelegt ist, verglichen. Liegt der Wert der Kühlmitteltemperatur unterhalb dieses Schwellenwertes SW1, so wird auf einen Kaltstart der Brennkraftmaschine geschlossen und das Stellglied 12 über ein elektrisches Signal von der Steuerungseinrichtung 26 derart angesteuert, dass eine Fließverbindung zwischen dem Eingang II und dem Ausgang III des Stellgliedes 12 besteht. Anschließend wird die Kühlmittelpumpe 11 kurzzeitig für eine Zeitdauer Tvor derart angesteuert, dass ein Kühlmittelvolumenstrom über die Leitung 16, der Bypassleitung 22, das Stellventil 12, die Leitung 23 bis zum Ort des Temperatursensors 27 fließt. Die Richtung des Kühlmittelvolumenstromes ist in der Figur 1 mit ausgezogenen Pfeilsymbolen eingezeichnet. Die Zeitdauer Tvor, während derer die Kühlmittelpumpe 11 angesteuert wird, so dass ein Kühlmittelfluss bis zum Ort des Temperatursensors 27 stattfindet, wird experimentell für die betreffende Brennkraftmaschine 10 ermittelt. Sie ist im wesentlichen von der konstruktiven Ausgestaltung der Brennkraftmaschine, insbesondere von der Masse, der Zylinderanzahl und der Bemessung des Kühlmantels abhängig. Diese Zeitdauer Tvor wird von dem Zeitzähler 29 der Steuerungseinrichtung 26 überwacht und liegt in der Regel im Sekundenbereich.
Nach Ablauf der Zeitdauer Tvor wird die Kühlmittelpumpe 11 wieder deaktiviert. Das Signal des Temperatursensors 27 wird ständig eingelesen und mit einem weiteren, eine warme Brennkraftmaschine kennzeichnenden Schwellenwert SW2 verglichen. Typische Werte hierfür liegen im Bereich von 80°C - 90°C. Auch dieser Wert ist in dem Speicher 28 abgelegt.
Liegt der aktuell erfasste Wert TKW der Kühlmitteltemperatur unterhalb dieses Schwellenwertes SW2, so wird nach Ablauf einer weiteren Zeitdauer Twait, die ebenfalls experimentell ermittelt wird, die Kühlmittelpumpe 11 wieder aktiviert. Die Ansteuerung der Kühlmittelpumpe erfolgt aber nun so, dass das Kühlmittel jetzt in umgekehrter Richtung durch die Brennkraftmaschine 10 gefördert wird. Die Richtung des Kühlmittelvolumenstromes ist in der Figur 1 mit strichliniert dargestellten Pfeilsymbolen eingezeichnet. Die Zeitdauer Trück, während derer die Kühlmittelpumpe 11 in der entgegengesetzten Richtung das Kühlmittel 11 pumpt, ist vorzugsweise identisch der oben genannten Zeitdauer Tvor.
Diese beiden Pumpzyklen werden so oft wiederholt, bis das Signal TKW des Temperatursensors 27 den Schwellenwert SW2 erreicht. Ist dies der Fall, so wird auf eine betriebswarme Brennkraftmaschine 10 geschlossen und das Stellglied 12 wird über Signale der Steuerungseinrichtung 26 derart angesteuert, dass eine Fließverbindung zwischen dem Eingang I und dem Ausgang III hergestellt wird, wie es in der Figur 2 dargestellt ist.
Die Kühlmittelpumpe 11 wird nun so angesteuert, dass ein kontinuierlicher Kühlmittelvolumenstrom in einer einzigen Richtung von der Kühlmittelpumpe 11, über die Leitung 16, den Kühler 18, der Leitung 21, das Stellglied 12 und die Leitung 23 zu der Brennkraftmaschine 10 und von dort wieder über die Leitung 15 zurück zur Kühlmittelpumpe 11 zirkulieren kann. Dadurch wird im Kühler 18 Wärme abgegeben, wodurch eine Überhitzung der Brennkraftmaschine 10 auch bei Volllast vermieden wird. Die Bypassleitung 22 ist dabei abgeschaltet, d.h. es besteht keine Verbindung zwischen dem Eingang II und dem Ausgang III des Stellgliedes 12. Die Richtung des Kühlmittelvolumenstromes ist in der Figur 2 wieder mit Pfeilsymbolen eingezeichnet.
Die Erfindung wurde an einem Beispiel erläutert, bei dem die Umkehrung der Pumprichtung der Kühlmittelpumpe elektrisch erfolgt. Alternativ hierzu ist aber auch die Verwendung einer von der Brennkraftmaschine mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpe möglich. Dabei ist mittels mechanischer Komponenten wie beispielsweise Getrieben und Kupplungen sicherzustellen, dass die Kühlmittelpumpe sowohl von der Brennkraftmaschine zeitweise abgekoppelt, als auch die Pumprichtung geändert werden kann.

Claims (16)

  1. Verfahren zur Regelung des Kühlmittelvolumenstromes innerhalb eines Kühlmittelkreislaufes einer Brennkraftmaschine (10) mit einer Kühlmittelpumpe (11), welche das Kühlmittel umwälzt, wobei mittels eines elektrisch ansteuerbaren Stellgliedes (12) abhängig von einer, die Temperatur der Brennkraftmaschine (10) charakterisierenden Größe der Kühlmittelvolumenstrom von einem, einen Kühlmitteleinlass (24) und einen Kühlmittelauslass (14) der Brennkraftmaschine (10) verbindenden Bypass (22) zu einer durch einen Kühler (18) der Brennkraftmaschine (10) führenden Kühlmittelkreislauf umgeschaltet wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    als Kühlmittelpumpe (11) eine bezüglich ihrer Pumprichtung umkehrbare Kühlmittelpumpe verwendet wird,
    in einem ausgewählten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine (10) die Kühlmittelpumpe (11) derart angesteuert wird, dass das zwischen Kühlmitteleinlass (24) und Kühlmittelauslass (14) befindliche Kühlmittelvolumen alternierend aus der Brennkraftmaschine (10) heraus- und hineingepumpt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der alternierende Betrieb der Kühlmittelpumpe (11) beendet wird, wenn die die Temperatur der Brennkraftmaschine (10) charakterisierende Größe einen vorgegebenen Schwellenwert (SW2) erreicht hat.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als die die Temperatur der Brennkraftmaschine (10) charakterisierende Größe die Temperatur (TKW) des Kühlmittels herangezogen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (TKW) des Kühlmittels an dem Kühlmittelauslass (14) mittels eines Temperatursensors (27) erfasst wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauern (Tvor, Trück) während derer die Kühlmittelpumpe (11) in der einen und der anderen Richtung aktiviert wird, identisch sind.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschalten zwischen den beiden Pumprichtungen erst nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer (Twait) erfolgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauern (Tvor, Trück, Twait) experimentell abhängig von der konstruktiven Ausgestaltung der Brennkraftmaschine (10) ermittelt werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsbereich der Kaltstart der Brennkraftmaschine (10) ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsbereich der Warmlauf der Brennkraftmaschine (10) ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpe (11) verwendet wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanisch von der Brennkraftmaschine (10) angetriebene Kühlmittelpumpe (11) verwendet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen des Schwellenwertes (SW2) die Kühlmittelpumpe (11) derart angesteuert wird, dass der Kühlmittelvolumenstrom kontinuierlich in einer Richtung gepumpt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen des Schwellenwertes (SW2) der Kühlmittelvolumenstrom über den Kühler (18) geleitet wird.
  14. Vorrichtung zur Regelung des Kühlmittelvolumenstromes innerhalb eines Kühlmittelkreislaufes einer Brennkraftmaschine (10)
    mit einer Kühlmittelpumpe (11), welche das Kühlmittel umwälzt,
    mit einem elektrisch ansteuerbaren Stellglied (12), das abhängig von einer, die Temperatur der Brennkraftmaschine (10) charakterisierenden Größe den Kühlmittelvolumenstrom von einem, einen Kühlmitteleinlass (24) und einen Kühlmittelauslass (14) der Brennkraftmaschine (10) verbindenden Bypass (22) zu einer durch einen Kühler (18) der Brennkraftmaschine (10) führenden Kühlmittelkreislauf umschaltet,
    gekennzeichnet, durch
    eine bezüglich ihrer Pumprichtung umkehrbare Kühlmittelpumpe (11),
    durch eine Steuerungseinrichtung (26), welche in einem ausgewählten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine (10) die Kühlmittelpumpe (11) derart ansteuert, dass das zwischen Kühlmitteleinlass (24) und Kühlmittelauslass (14) befindliche Kühlmittelvolumen alternierend aus der Brennkraftmaschine (10) heraus- und hineingepumpt wird.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (12) als ein elektrisch ansteuerbares 3/2 Wege-Proportionalventil ausgestaltet ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass am Kühlmittelauslass (14) der Brennkraftmaschine (10) ein Temperatursensor (27) vorgesehen ist, dessen Signal (TKW) zur Steuerung des Stellgliedes (12) und der Kühlmittelpumpe (11) herangezogen wird.
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