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Die
Erfindung betrifft einen Mediumkreislauf, der ein Regelventil aufweist,
und der einen ersten Teilkreislauf und zumindest einen zweiten Teilkreislauf
aufweist, wobei zumindest dem ersten Teilkreislauf ein mittels einer
Energiequelle betreibbares Heizelement zugeordnet ist. Die Erfindung
betrifft aber auch ein Verfahren zum Aufrechterhalten eines Mediumstromes
in dem Mediumkreislauf, dessen Medium in einer Aufwärmphase
mittels des Heizelementes aufgewärmt wird.
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Die
EP 0 694 423 A2 befaßt
sich mit einem Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors
für ein Kraftfahrzeug. Der Kühlmittelkreislauf
verbindet den Verbrennungsmotor, einen Kühlmittel/Luft-Wärmetauscher
und einen Verbrennungsgas-/Kühlmittel-Wärmetauscher
eines durch Verbrennung Wärme erzeugenden Heizgerätes
miteinander. Der Kühlmittelkreislauf weist eine an dem
Verbrennungsmotor vorbeiführende Bypaßleitung
und ein Ventil zur Steuerung des Kühlmittelflusses durch
die Bypaßleitung und den Verbrennungsmotor auf. Das Ventil
ist als Thermostatventil mit mindestens einem zusätzlichen, übergeordneten,
elektrisch aktivierbaren Verstellantrieb ausgebildet.
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Derartige,
eingangs genannte Mediumkreisläufe sind in der Fahrzeugtechnik
beispielsweise als Kühlmittelkreisläufe von Verbrennungsmotoren
bekannt. Zur Verbesserung des Warmlaufverhaltens des Verbrennungsmotors
kommt vermehrt das Prinzip des Split-Coolings zum Einsatz, also
die Aufteilung des Kühlmittelkreislaufes in einen Blockwasserkreislauf
und in zumindest einen Zylinderkopfwasserkreislauf. Der Blockwasserkreislauf
kann auch als erster Teilkreislauf bezeichnet werden, wobei der
zumindest eine Zylinderkopfwasserkreislauf auch als zweiter Teilkreislauf
bezeichnet werden kann. Der Zylinderkopfwasserkreislauf kann in
weitere Unterkreisläufe unterteilt werden. In Split-Cooling
Systemen wird der Mediumstrom während der Warmlaufphase
des Verbrennungsmotors mittels des Regelventils, beispielsweise
mittels eines Thermostaten durch den Zylinderblock, also im ersten
Teilkreislauf gezielt unterbrochen, so dass dieser nicht durchströmt
wird, und Kühlmittel nur durch den Zylinderkopf strömt.
Ist die Warmlaufphase beendet, bzw. erreicht das Kühlmittel
ein genügendes Temperaturniveau, wird der Blockwasserkreislauf
wieder geöffnet. Die Warmlaufphase des Verbrennungsmotors
ist die Phase, bei welcher der Verbrennungsmotor nach einem längeren
Stillstand gestartet wird (Kaltstart) und dauert an bis der Verbrennungsmotor
seine Betriebstemperatur bzw. das Medium oder die Kühlflüssigkeit
ein hinreichendes Temperaturniveau erreicht hat.
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Bekannt
ist aber auch, dass in Regionen mit niedrigen bzw. extrem niedrigen
Umgebungstemperaturen beispielsweise in dem Blockwassermantel ein
Heizelement zum Schutz des Verbrennungsmotors verbaut wird. Dieses
Heizelement wird als externes Bauteil meist im Zylinderblock verbaut,
und über eine externe Stromquelle mit der notwendigen Energie
versorgt. Als externe Stromquelle kann zum Beispiel eine Steckdose
eines Stromversorgers dienen, in der ein entsprechendes Verbindungskabel
zum Heizelement eingesteckt wird. Das Heizelement funktioniert dann ähnlich
einem Tauchsieder, und verhindert ein Einfrieren des Kühlmittels.
Gleichzeitig kann der Verbrennungsmotor im ausgeschalteten Zustand
bzw. sein Kühlmittel so schon aufgewärmt werden,
so dass sich die Warmlaufphase des Verbrennungsmotors verkürzen
kann.
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Bei
der Kombination beider Systeme (Split-Cooling, Heizelement zum Aufwärmen)
kann es aber zu Problemen kommen, da das Regelventil bzw. der Thermostat
in der Aufwärmphase geschlossen sein kann, so dass der
Zylinderblock (erster Teilkreislauf) bzw. nur das darin befindliche
Medium des Mediumkreislaufes aufgewärmt wird. Denn durch
das geschlossene Regelventil bzw. Thermostat wird ein Mediumstrom
in dem gesamten Mediumkreislauf bzw. eine Aufwärmung des
gesamten Mediums verhindert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mediumkreislauf der
Eingangs genannten Art mit einfachen Mittel dahingehend zu verbessern,
dass trotz des vorhandenen Regelventils bzw. Thermostaten eine Aufwärmung
des Mediums im gesamten Mediumkreislauf bzw. Split-Cooling System
sichergestellt ist.
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Erfindungsgemäß wird
der vorrichtungstechnische Teil der Aufgabe dadurch gelöst,
dass das Regelventil als Dehnstoffregelventil ausgeführt
ist, welches mit der Energiequelle des Heizelementes gekoppelt ist.
Der verfahrenstechnische Teil der Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass das Dehnstoffregelventil in der Aufwärmphase des Mediums
gleichzeitig mit dem Heizelement angesteuert wird, wenn das Medium über
das Heizelement aufgewärmt wird.
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Vorteilhaft
wird mit der Erfindung erreicht, dass insbesondere der Kühlmittelkreislauf
von Verbrennungsmotoren, die ein Split-Cooling System aufweisen,
trotz des Einsatzes des Regelventils auch während der Aufwärmphase
des Verbrennungsmotors bzw. seines Kühlmittels vollständig
durchströmt wird. Durch die Kopplung des Dehnstoffregelventils mit
der Energiequelle des Heizelementes, wird das Dehnstoffregelventil
gleichzeitig mit dem Heizelement mit Energie versorgt bzw. bestromt,
so dass das Dehnstoffregelventil öffnet, und ein Medium-
bzw. Kühlwasserstrom im gesamten Medium- bzw. Kühlmittelkreislauf
sichergestellt ist. Das Dehnstoffregelventil weist dabei vorteilhaft
ein Dehnstoffelement, beispielsweise ein Wachselement auf, welches
entsprechend dem Bestromungsbetrag erwärmt wird, so dass
sich das Dehnstoffregelventil entsprechend stufenlos, kontinuierlich öffnet.
Vorteilhaft ist ein Heizkörper vorgesehen, welches mit
der Energiequelle des Heizelementes gekoppelt ist, und der dem Dehnstoffelement
zugeordnet ist.
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Die
Aufwärmphase des Verbrennungsmotors im Sinne der Erfindung
ist die Phase, in welcher der Verbrennungsmotor abgeschaltet ist,
und das Medium bzw. die Kühlflüssigkeit mittels
des Heizelementes aufgewärmt wird, um so beispielsweise
ein Einfrieren zu vermeiden, oder um so z. B. eine Warmlaufphase
des Verbrennungsmotors zu reduzieren. Denkbar ist auch, mittels
des Heizelementes ein Aufwärmen beispielsweise des Brennraums
(über die Kühlflüssigkeit) zu erreichen,
was insbesondere bei Ethanol als Kraftstoff sinnvoll ist.
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Das
Heizelement ist elektrisch betreibbar, wobei als Energiequelle zum
Betreiben des Heizelementes ein externes Stromnetz Verwendung finden kann.
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In
einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft vorgesehen,
dass das Heizelement und das Dehnstoffregelventil voneinander getrennte,
separate Bauteile sind, welche an die gleiche, bevorzugt externe
Energiequelle angeschlossen sind. An einem Verbindungskabel von
der Stromquelle zum Heizelement ist ein Abzweig zum Dehnstoffregelventil
vorgesehen. Der Abzweig führt zu dem Heizkörper, welcher
das Dehnstoffelement des Dehnstoffregelventils entsprechend erwärmt.
Natürlich kann die Kopplung der beiden Bauteile an die
Energiequelle auch durch andere geeignete Maßnahmen hergestellt
werden. Das Heizelement ist innerhalb des Biockwassermantels, also
dem ersten Teilkreislauf angeordnet. Das Dehnstoffregelventil ist
vorteilhaft so angeordnet, dass ein Mediumstrom durch den gesamten
Mediumkreislauf während der Aufwärmphase sichergestellt
ist. Zweckmäßiger Weise ist das Dehnstoffregelventil
dabei in einer Verbindung des ersten zum zweiten Teilkreiskauf angeordnet.
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In
einer zweiten Ausgestaltung ist vorteilhaft vorgesehen, dass das
Dehnstoffregelventil bzw. sein Heizkörper mit einem Motorsteuergerät
verbunden ist, wobei vorteilhaft ein Umspanner in dem zuvor genannten
Abzweig vorgesehen ist. Natürlich kann der Umspanner auch
zwischen dem Dehnstoffregelventil und dem Motorsteuergerät
vorgesehen sein. Das Bordnetz des Kraftfahrzeuges wird üblicherweise
mit einer Spannung von beispielsweise 12 Volt betrieben. Die externe
Energiequelle des Heizelementes weist zum Beispiel eine Spannung
von 220 Volt auf. In anderen Ländern als Deutschland kann
natürlich ein davon abweichender Voltbetrag im externen Stromnetz
vorliegen. Mittels des Umspanners wird erreicht, dass die Heizwendel
des Heizelementes nicht mit 12 Volt, und der Heizkörper
zur Erwärmung des Dehnstoffelementes nicht mit 220 Volt
betrieben wird. Durch die Verbindung des Dehnstoffregelventils bzw.
seines Heizkörpers mit dem Motorsteuergerät, kann
erreicht werden, dass das Dehnstoffregelventil mit bordeigenem Strom
versorgt und gezielt geöffnet werden kann.
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Günstig
im Sinne der Erfindung ist, dass ein Teil des Stromes zur Erwärmung
des Heizelementes auch zum Bestromen des Heizkörpers und
damit öffnen des Dehnstoffregelventils genutzt wird.
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Es
liegt aber auch durchaus im Sinne der Erfindung, wenn das Heizelement
und das Dehnstoffregelventil in einem Bauteil zusammengefaßt
sind, bzw. beide Komponenten in einem einzigen Bauteil integriert
sind. Bei dieser Ausgestaltung ist das Heizelement im Blockwassermantel
physikalisch mit dem Dehnstoffregelventil verbunden. Ein Teil des
Heizelementes umfaßt das Dehnstoffelement, das zumindest
eine Wicklung aufweist, und wird durch den Trennbereich des Dehnstoffregelventils
in den Blockwassermantel geführt, und weist dort zumindest
eine weitere Wicklung auf. Denkbar ist aber auch, jeweils separate
Wicklungen vorzusehen, welche elektrisch innerhalb des einteiligen
Bauteils verbunden sind. Hierbei kann eine Wicklung auch als Heizkörper
bezeichnet werden, welche dem Dehnstoffelement zugeordnet ist.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen
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1 eine
prinzipielle Darstellung eines Verbrennungsmotors mit Heizelement
und Dehnstoffregelventil,
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2 die
prinzipielle Darstellung des Verbrennungsmotors aus 1 mit
einem dem Dehnstoffregelventil vorgeschalteten Umspanner, und
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3 die
prinzipielle Darstellung des Verbrennungsmotors aus 1 mit
in einem Bauteil integrierten Heizelement und Dehnstoffregelventil.
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In
den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben
Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben
werden.
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1 zeigt
prinzipiell einen Verbrennungsmotor 1 eines Kraftfahrzeuges
mit einem Mediumkreislauf. Der Mediumkreislauf ist als Kühlmittelkreislauf
in der Ausgestaltung des Split-Cooling Systems ausgeführt,
was bedeutet, dass der Kühlmitteilkreislauf in einen ersten
Teilkreislauf (Blockwassermantel) und in zumindest einen zweiten
Teilkreislauf (Zylinderkopfwassermantel) aufgeteilt ist. In 1 ist
lediglich der erste Teilkreislauf 2 prinzipiell dargestellt, der
im Folgenden als Blockwassermantel 2 bezeichnet wird.
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In
dem Blockwassermantel 2 ist ein Heizelement 3 angeordnet,
welches mit einer externen Energiequelle über eine Verbindungsleitung 4 verbunden ist.
Das Heizelement 3 ist über die externe Energiequelle,
welche zum Beispiel ein Stromnetz mit 220 Volt sein kann so betreibbar,
dass das Medium bzw. die Kühlmittelflüssigkeit erwärmt
bzw. aufgewärmt wird, wenn der Verbrennungsmotor abgestellt
bzw. über längere Zeit, z. B. über Nacht
abgestellt ist. Das Aufwärmen des Mediums bzw. des Kühlmittels
im abgestellten Zustand des Verbrennungsmotors wird im Sinne der
Erfindung als Aufwärmphase bezeichnet.
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Weiter
ist in dem Mediumkreislauf, hier in einem Übergang vom
Blockwassermantel 2 zum zweiten, nicht dargestellten, Teilkreislauf
bzw. zum Zylinderkopfwassermantel ein Regelventil 6 bzw.
ein Thermostat angeordnet.
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Das
Regelventil 6 ist als Dehnstoffregelventil 6 ausgeführt,
und weist ein Dehnstoffelement 7 auf, welches in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel als Wachselement ausgeführt
ist.
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Damit
ein Mediumstrom bzw. Kühlmittelstrom während der
Aufwärmphase im gesamten Mediumkreislauf, also in dem Blockwassermantel
und dem zweiten Teilkreislauf gewährleistet ist, ist vorteilhaft
vorgesehen, dass das Dehnstoffregelventil 6 mit der Energiequelle
des Heizelementes 3 gekoppelt ist. Bei dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel wird dies durch einen Abzweig 8 erreicht,
welcher in der Verbindungsleitung 4 angeordnet ist. Der
Abzweig 8 führt zu einem Heizkörper 9,
welcher das Dehnstoffelement 7 erwärmt. In dem
dargestellten Beispiel ist der Heizkörper 9 wie
das Heizelement 3 auf eine Spannungsaufnahme von 220 Volt
ausgelegt.
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Wird
nun das Heizelement 3, und damit das Medium bzw. die Kühlmittelflüssigkeit
in der Aufwärmphase des Verbrennungsmotors 1 über
die externe Energie- bzw. Stromquelle erwärmt, wird das Dehnstoffelement 7 über
den Heizkörper 9 gleichzeitig erwärmt,
so dass das Dehnstoffregelventil 6 öffnet, und
ein Mediumstrom bzw. Kühlmittelfluß im gesamten
Mediumkreislauf, also in dem Blockwassermantel 2 und in
dem Zylinderkopfwassermantel sichergestellt ist.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel nach 2 ist der
Heizkörper 9 über Verbindungsleitungen 11 mit einem
Motorsteuergerät verbunden. Um zu vermeiden, dass der Spannungsbetrag
der externen Energie- bzw. Stromquelle in das Bordnetz des Kraftfahrzeuges
eingespeist wird, ist in dem Abzweig 8 vorteilhaft ein Umspanner 12 vorgesehen,
welcher den Spannungsbetrag der externen Stromquelle auf den Spannungsbetrag
des Bordnetzes, beispielsweise auf 12 Volt reduziert.
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Damit
ist sichergestellt, dass das Heizelement 3 nicht bei 12
Volt und der Heizkörper 9 z. B. nicht bei 220
Volt arbeiten muß.
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Bei
den Ausführungsbeispielen nach dem 1 und 2 sind
das Heizelement 3 und das Dehnstoffregelventil 6 separate
Bauteile. In 3 dagegen ist ein einteiliges
Bauteil 13 dargestellt, in welchem das Dehnstoffregelventil 6 und
das Heizelement 3 integriert sind.
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Das
Heizelement 3 ist physikalisch mit dem Dehnstoffregelventil 6 verbunden.
Eine Verbindungsleitung 14 verbindet den Heizkörper 9 bzw.
ein Wicklung innerhalb des Bauteils 13 mit dem Heizelement 3 bzw.
einer weiteren Wicklung. Insofern können auch zwei separate
Wicklungen Verwendung finden, die innerhalb des Bauteils 13 miteinander
verbunden sind. Denkbar ist aber auch, dass ein Teil des Heizelementes 3 das
Dehnstoffelement 7 umfaßt, wobei das Heizelement 3 durch
einen Trennbereich des Dehnstoffregelventils 6 in den Blockwassermantel 2 geführt
wird und dort zumindest eine weitere Wicklung aufweist. Möglich
ist natürlich auch bei dieser Ausgestaltung einen Umspanner
vorzusehen, der zweckmäßiger Weise zwischen dem
Motorsteuergerät und dem Dehnstoffregelventil 6 vorgesehen
sein kann.
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Während
der Aufwärmphase mittels des Heizelementes 3 wird
gleichzeitig das Dehnstoffregelventil 6 bzw. sein Heizkörper 11 angesteuert.
Bei dem Ausführungsbeispiel zu 3 wird dies
erreicht, indem ein Teil des Stromes für das Heizelement 3 auch zum Öffnen
des Dehnstoffelementes 6 genutzt wird. Bei den Ausführungsbeispielen
zu 1 und 2 wird dies erreicht, indem
die Verbindung (Abzweig) des Dehnstoffregelventils 6 mit
derselben Energie- bzw. Stromquelle des Heizelementes 3 hergestellt wird,
so dass das Dehnstoffelement 6 über die erzeugte
Wärme des Heizkörpers 9 stufenlos öffnet, wenn
das Heizelement 3 bestromt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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