DE102015113061A1

DE102015113061A1 - Mit einem Ladeluftkühler ausgestattetes Kühlsystem und Steuerungsverfahren davon

Info

Publication number: DE102015113061A1
Application number: DE102015113061.0A
Authority: DE
Inventors: Won Sup Kim
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2014-10-22
Filing date: 2015-08-07
Publication date: 2016-04-28
Anticipated expiration: 2035-08-08
Also published as: US20180209383A1; US9957926B2; US20160115915A1; DE102015113061B4; KR101610150B1

Abstract

Ein Kühlsystem kann aufweisen: einen Ladeluftkühler (100), der so eingerichtet ist, dass er ein Kühlmittel und Luft wärmetauscht, einen Radiator (16), der so eingerichtet ist, dass er ein in einem Verbrennungsmotor (10) erwärmtes Kühlmittel durch Wärmeaustausch mit Luft kühlt, einen Niedrigtemperaturradiator (21), der so eingerichtet ist, dass er das Kühlmittel des Ladeluftkühlers kühlt, ein Thermostat (14), das wahlweise mit dem Radiator oder dem Ladeluftkühler fluidverbunden ist, um das Kühlmittel aus dem Radiator oder dem Ladeluftkühler zum Verbrennungsmotor zuzuführen, ein erstes Steuerventil (11), das so eingerichtet ist, dass es das Kühlmittel, welches den Ladeluftkühler passiert hat, dem Radiator wahlweise zuführt, ein zweites Steuerventil (12), das so eingerichtet ist, dass es das Kühlmittel, welches den Verbrennungsmotor passiert hat, dem Ladeluftkühler oder dem ersten Steuerventil wahlweise zuführt, und eine Steuervorrichtung (50), die so eingerichtet ist, dass sie Betätigungen des Thermostats, des ersten Steuerventils und des zweiten Steuerventils gemäß einer Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors und einer Ansauglufttemperatur steuert.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2014-0143386 , eingereicht am 22. Oktober 2014, deren gesamter Inhalt durch diese Bezugnahme für alle Zwecke hierin mitaufgenommen ist.
Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem und ein Verfahren zum Steuern desselben. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Kühlsystem, bei dem ein Ladeluftkühler (bzw. Zwischenkühler) als ein Heizer dient, indem eine temperaturerhöhte Luft einem Verbrennungsmotor zugeführt wird, bevor der Verbrennungsmotor warmgelaufen ist, und ein Verfahren zum Steuern desselben.
Beschreibung der bezogenen Technik
Im Allgemeinen werden zahlreiche Vorrichtungen auf Fahrzeuge (z.B. Kraftfahrzeuge) angewendet, um die Verbrennungsmotorleistung zu erhöhen und die Kraftstoffeffizienz zu verbessern.
Beispielsweise kann ein Turbolader eine typische Vorrichtung sein, die auf Fahrzeuge angewendet wird. Im Allgemeinen ist der Turbolader eine Vorrichtung zum Erhöhen einer Ansaugluftmenge mittels der Energie des Abgases. Das heißt, wenn eine Turbine des Turboladers mittels des Abgases zwangsweise gedreht wird, wird ein mit der Turbine verbundener Verdichter gedreht, um Ansaugluft in einen Krümmer zu treiben. Auf diese Weise werden die Verbrennungsmotorleistung und die Kraftstoffeffizienz verbessert.
Da das Turboladersystem die Luft auflädt, wird jedoch Wärme generiert, und somit wird, um die generierte Wärme zu kühlen, ein Ladeluftkühler bereitgestellt. Das heißt, der Ladeluftkühler ist zwischen dem Turbolader und dem Einlasskrümmer installiert, um die durch den Turbolader erwärmte Luft zu kühlen, und führt die gekühlte Luft dem Einlasskrümmer zu.
Allerdings hat ein Ladeluftkühler der bezogenen Technik nur eine Funktion des Kühlens der erwärmten Luft, und somit arbeitet er nur, wenn eine Temperatur der dem Einlasskrümmer zugeführten Luft größer oder gleich einer vorgegebenen Temperatur (z.B. Solltemperatur) ist. Das heißt, wenn die Lufttemperatur niedriger ist, arbeitet der Ladeluftkühler nicht.
Indes kann im Fall, dass eine Niedrigtemperaturluft mit AGR-Gas gemischt wird und dem Einlasskrümmer zugeführt wird, ein Drallsteuerungsventil (swirl control valve, SCV, z.B. Drallklappe) versagen und ein Problem mit der Haltbarkeit davon kann auftreten. Um dies zu lösen, muss eine zusätzliche Vorrichtung zum Erwärmen der Niedrigtemperaturluft bereitgestellt werden.
Die Informationen, welche in diesem Hintergrund-Abschnitt offenbart sind, dienen lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollten nicht als Zugeständnis oder als irgendeine Andeutung angesehen werden, dass diese Informationen zum Stand der Technik, wie er dem Fachmann schon bekannt ist, gehören.
Erläuterung der Erfindung
Zahlreiche Aspekte der vorliegenden Erfindung sind darauf gerichtet, ein Kühlsystem bereitzustellen, das die Vorteile hat, dass Luft mittels eines Ladeluftkühlers erwärmt wird, wenn eine Temperatur der einem Einlasskrümmer zugeführten Luft niedrig ist, sowie ein Verfahren zum Steuern desselben.
Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Kühlsystem bereit, das aufweist: einen Ladeluftkühler, der so eingerichtet ist, dass er ein Kühlmittel und Luft (z.B. gegeneinander) wärmetauscht, einen Radiator, der so eingerichtet ist, dass er ein in einem Verbrennungsmotor erwärmtes Kühlmittel durch Wärmeaustausch mit Luft kühlt, einen Niedrigtemperaturradiator, der so eingerichtet ist, dass er das Kühlmittel des Ladeluftkühlers kühlt, ein Thermostat, das wahlweise mit dem Radiator oder dem Ladeluftkühler verbunden ist, um das Kühlmittel aus dem Radiator oder aus dem Ladeluftkühler dem Verbrennungsmotor zuzuführen, ein erstes Steuerventil, das so eingerichtet ist, dass es das Kühlmittel, welches den Ladeluftkühler passiert hat, dem Radiator wahlweise zuführt oder nicht dorthin zuführt, ein zweites Steuerventil, das so eingerichtet ist, dass es das Kühlmittel, welches den Verbrennungsmotor passiert hat, dem Ladeluftkühler oder dem ersten Steuerventil wahlweise zuführt, und eine Steuervorrichtung, die so eingerichtet ist, dass sie Betätigungen (bzw. den Betrieb) des Thermostats, des ersten Steuerventils und des zweiten Steuerventils gemäß einer Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors und einer Ansauglufttemperatur steuert. Das Kühlsystem kann ferner aufweisen: einen Kühlmitteltemperatursensor, der so eingerichtet ist, dass er Kühlmitteltemperatur-Informationen zur Steuervorrichtung überträgt, und einen Einlasstemperatursensor, der so eingerichtet ist, dass er Ansauglufttemperatur-Informationen des Verbrennungsmotors zur Steuervorrichtung überträgt. Das Kühlsystem kann ferner aufweisen: eine Niedrigtemperatur-Wasserpumpe, die so eingerichtet ist, dass sie, (z.B. angeordnet) zwischen dem Niedrigtemperaturradiator und dem Ladeluftkühler, ein Kühlmittel zirkuliert.
Wenn die Kühlmitteltemperatur niedriger ist als eine vorgegebene Kühlmitteltemperatur, kann die Steuervorrichtung das aus dem Radiator eingeleitete Kühlmittel blockieren und das Thermostat so steuern, dass es das aus dem Ladeluftkühler eingeleitete Kühlmittel dem Verbrennungsmotor zuführt, das erste Steuerventil so steuern, dass das Kühlmittel, welches den Ladeluftkühler passiert hat, nicht zum Radiator übertragen wird, das zweite Steuerventil nur in einer von dem Verbrennungsmotor aus mit dem Ladeluftkühler verbundenen Passage öffnen, und die Niedrigtemperatur-Wasserpumpe in einem deaktivierten Zustand halten.
Wenn die Kühlmitteltemperatur höher ist als die vorgegebene Kühlmitteltemperatur und die Ansauglufttemperatur niedriger ist als eine Ziel-Solltemperatur, kann die Steuervorrichtung das Thermostat steuern, um zu ermöglichen, dass das Kühlmittel, welches den Radiator passiert hat, den Verbrennungsmotor passiert, und das aus dem Ladeluftkühler eingeleitete Kühlmittel zu blockieren, (kann die Steuervorrichtung) das erste Steuerventil so steuern, dass das Kühlmittel, welches den Ladeluftkühler passiert hat, zum Radiator übertragen wird, nur eine von dem Verbrennungsmotor aus mit dem Ladeluftkühler verbundene Passage des zweiten Steuerventils öffnen, und die Niedrigtemperatur-Wasserpumpe in einem deaktivierten Zustand halten.
Wenn die Kühlmitteltemperatur höher ist als die vorgegebene Kühlmitteltemperatur und die Ansauglufttemperatur höher ist als eine Ziel-Solltemperatur, kann die Steuervorrichtung das Thermostat so steuern, dass es eine von dem Radiator aus mit dem Verbrennungsmotor verbundene Kühlmittelleitung öffnet und eine von dem Ladeluftkühler aus mit dem Verbrennungsmotor verbundene Kühlmittelleitung blockiert, (kann die Steuervorrichtung) das erste Steuerventil so steuern, dass das Kühlmittel, welches den Ladeluftkühler passiert hat, nicht zum Radiator übertragen wird, das aus dem Verbrennungsmotor in den Ladeluftkühler eingeleitete Kühlmittel blockieren und eine Kühlmittelleitung zwischen dem Niedrigtemperaturradiator und dem Ladeluftkühler verbinden, und die Niedrigtemperatur-Wasserpumpe nicht betreiben.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum Steuern eines Kühlsystems bereit, das aufweist einen Ladeluftkühler, der so eingerichtet ist, dass er ein Kühlmittel und Luft (gegeneinander) wärmetauscht und die wärmegetauschte Luft einem Verbrennungsmotor zuführt, einen Radiator, der so eingerichtet ist, dass er das in dem Verbrennungsmotor erwärmte Kühlmittel durch Wärmeaustausch mit Luft kühlt, und einen Niedrigtemperaturradiator, der so eingerichtet ist, dass er das Kühlmittel des Ladeluftkühlers kühlt und einen fluidisch-geschlossenen Kreislauf mit dem Ladeluftkühler bildet. Das Verfahren kann aufweisen: Ermitteln basierend auf einer Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors, ob der Verbrennungsmotor in einem Warmlaufzustand ist, und wenn ermittelt wird, dass der Verbrennungsmotor nicht in einem Warmlaufzustand ist, Steuern einer Strömung des Kühlmittels gemäß einem ersten Betriebsmodus.
In dem ersten Betriebsmodus wird das in dem Verbrennungsmotor erwärmte Kühlmittel dem Ladeluftkühler zugeführt, um die Luft zu erwärmen und diese dem Verbrennungsmotor zuzuführen, und wird das Kühlmittel, welches den Ladeluftkühler passiert hat, erneut dem Verbrennungsmotor zugeführt, ohne durch den Radiator oder den Niedrigtemperaturradiator hindurchzugehen.
Das Verfahren kann ferner aufweisen: wenn ermittelt wird, dass der Verbrennungsmotor warmgelaufen ist, Ermitteln, ob eine Einlasstemperatur höher ist als eine Ziel-Solltemperatur, und wenn die Einlasstemperatur niedriger ist als die Ziel-Solltemperatur, Steuern einer Strömung des Kühlmittels gemäß einem zweiten Betriebsmodus.
In dem zweiten Betriebsmodus kann das in dem Verbrennungsmotor erwärmte Kühlmittel dem Ladeluftkühler zugeführt werden, um die Luft zu erwärmen und diese dem Verbrennungsmotor zuzuführen, und kann das Kühlmittel, welches den Ladeluftkühler passiert hat, durch den Radiator, anstatt durch den Niedrigtemperaturradiator, erneut dem Verbrennungsmotor zugeführt werden.
Das Verfahren kann ferner aufweisen: wenn ermittelt wird, dass die Einlasstemperatur höher ist als die Ziel-Solltemperatur, Steuern einer Strömung des Kühlmittels gemäß einem dritten Betriebsmodus.
In dem dritten Betriebsmodus kann das in dem Verbrennungsmotor erwärmte Kühlmittel durch den Radiator, anstatt durch den Ladeluftkühler, erneut dem Verbrennungsmotor zugeführt werden, und kann das in einem geschlossenen Kreislauf zwischen dem Ladeluftkühler und dem Niedrigtemperaturradiator zirkulierende Kühlmittel mit der dem Verbrennungsmotor zugeführten Luft wärmegetauscht werden.
Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben andere Merkmale und Vorteile, welche aus den beiliegenden Zeichnungen, die hierin aufgenommen sind, und der folgenden detaillierten Beschreibung, die zusammen dazu dienen, bestimmte Grundsätze der vorliegenden Erfindung zu erklären, ersichtlich sind oder darin ausführlicher dargelegt werden.
Erläuterung der Zeichnungen
1 ist eine Aufbauansicht (z.B. Aufbaudiagramm), die einen Betrieb eines Kühlsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, bevor ein Verbrennungsmotor warmgelaufen ist.
2 ist eine Aufbauansicht, die einen Betrieb des Kühlsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wenn eine Einlasstemperatur niedriger ist als eine Ziel-Solltemperatur, nachdem der Verbrennungsmotor warmgelaufen ist.
3 ist eine Aufbauansicht, die einen Betrieb des Kühlsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wenn eine Einlasstemperatur höher ist als eine Ziel-Solltemperatur, nachdem der Verbrennungsmotor warmgelaufen ist.
4 ist ein Blockdiagramm des Kühlsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern eines Kühlsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Es sollte verstanden werden, dass die beigefügten Zeichnungen nicht zwangsläufig im Maßstab sind und eine einigermaßen vereinfachte Darstellung von verschiedenen Merkmalen präsentieren, welche veranschaulichend für die Grundprinzipien der Erfindung sind. Die spezifischen Gestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich, zum Beispiel, spezifischer Dimensionen, Ausrichtungen, Positionen und Formen, werden zum Teil durch die besondere beabsichtigte Anwendung und Einsatzumgebung bestimmt werden.
In den zahlreichen Figuren der Zeichnung durchweg beziehen sich Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Es wird nun im Detail Bezug genommen auf die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung(en), von denen Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt und unten beschrieben sind. Während die Erfindung(en) im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschrieben wird/werden, versteht sich, dass die vorliegende Beschreibung nicht beabsichtigt, die Erfindung(en) auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil ist beabsichtigt, dass die Erfindung(en) nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Abwandlungen und andere Ausführungsformen deckt/decken, die in den Sinn und Schutzbereich der Erfindung(en) fallen, wie in den angehängten Patentansprüchen definiert.
In der nachfolgenden detaillierten Beschreibung sind nur bestimmte beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einfach im Wege der Veranschaulichung gezeigt und beschrieben. Wie einem Fachmann ersichtlich, können die erläuterten Ausführungsformen verschiedenartig modifiziert werden, ohne dabei vom Sinn oder Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
In der Beschreibung durchweg werden, soweit nicht explizit das Gegenteil beschrieben wird, das Wort „aufweisen“ und Variationen wie „weist auf“ oder „aufweisend“ so verstanden, dass sie den Einbezug der genannten Elemente, aber nicht den Ausschluss von jeglichen weiteren Elementen implizieren.
Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen gleiche Elemente in der Beschreibung durchweg.
Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
1 ist eine Aufbauansicht, die einen Betrieb eines Kühlsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, bevor ein Verbrennungsmotor warmgelaufen ist.
2 ist eine Aufbauansicht, die einen Betrieb des Kühlsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wenn eine Einlasstemperatur niedriger ist als eine Ziel-Solltemperatur, nachdem der Verbrennungsmotor warmgelaufen ist.
3 ist eine Aufbauansicht, die einen Betrieb des Kühlsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wenn eine Einlasstemperatur höher ist als eine Ziel-Solltemperatur, nachdem der Verbrennungsmotor warmgelaufen ist.
Bezugnehmend auf die 1 bis 3 weist ein Kühlsystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf: einen Verbrennungsmotor 10, ein Thermostat 14, eine Wasserpumpe (bzw. Kühlmittelpumpe) 15, einen Radiator (bzw. Kühler) 16, einen Turbolader 20, einen Ladeluftkühler 100, einen Niedrigtemperaturradiator (bzw. Niedrigtemperaturkühler) 21 und eine Niedrigtemperatur-Wasserpumpe (bzw. Niedrigtemperatur-Kühlmittelpumpe) 22. Der Verbrennungsmotor 10, das Thermostat (bzw. Kühlmittelregler) 14, die Wasserpumpe 15, der Radiator 16, der Turbolader 20, der Ladeluftkühler 100, der Niedrigtemperaturradiator 21 und die Niedrigtemperatur-Wasserpumpe 22 können durch eine Kühlmittelleitung 13 stets (z.B. kontinuierlich) oder wahlweise miteinander verbunden sein.
Der Verbrennungsmotor 10 verbrennt ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff, um chemische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Der während des Verbrennungsprozesses erwärmte Verbrennungsmotor 10 wird durch ein durch die Kühlmittelleitung 13 zirkulierendes Kühlmittel gekühlt. Ein Teil des in dem Verbrennungsmotor 10 erwärmten Kühlmittels wird durch den Turbolader 20 stets (z.B. kontinuierlich) der Wasserpumpe 15 zugeführt, und die restliche Menge wird dem Radiator 16 wahlweise zugeführt.
Das Thermostat 14 ist wahlweise mit dem Radiator 16 oder dem Ladeluftkühler 100 gemäß der Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors 10 verbunden und ist stets mit der Wasserpumpe 15 verbunden, um das Kühlmittel, welches den Radiator 16 oder den Ladeluftkühler 100 passiert hat, der Wasserpumpe 15 zuzuführen.
Die Wasserpumpe 15 führt das Kühlmittel, das den Thermostat passiert hat, und das Kühlmittel, das den Turbolader 20 passiert hat, dem Verbrennungsmotor 100 zu.
Der Radiator 16 ist durch die Kühlmittelleitung 13 wahlweise mit dem Verbrennungsmotor 10 verbunden, um das in dem Verbrennungsmotor 100 erwärmte Kühlmittel durch Wärmeaustausch mit Außenluft zu kühlen. Außerdem kann der Radiator 16 wahlweise mit dem Ladeluftkühler 100 verbunden sein, um das Kühlmittel, welches den Ladeluftkühler 100 passiert hat, dem Verbrennungsmotor 10 zuzuführen.
Der Turbolader 20, der dazu dient, um die Ansaugluft mittels Abgas aufzuladen, ist mit dem Verbrennungsmotor 10 und der Wasserpumpe 15 verbunden. Somit kann das aus dem Verbrennungsmotor ausgelassene Kühlmittel den Turbolader 20 passieren und wird anschließend der Wasserpumpe 15 zugeführt.
Der Ladeluftkühler 100 kühlt die Ansaugluft, die den Turbolader 20 passiert hat. Der Ladeluftkühler 100 kann wahlweise mit dem Verbrennungsmotor 10 verbunden sein und wahlweise das in dem Verbrennungsmotor 10 erwärmte Kühlmittel erhalten. Außerdem ist der Ladeluftkühler 100 wahlweise mit dem Thermostat 14, dem Niedrigtemperaturradiator 21 oder dem Radiator 16 verbunden, und führt das Kühlmittel wahlweise dem Thermostat 14, dem Niedrigtemperaturradiator 21 oder dem Radiator 16 zu.
Der Niedrigtemperaturradiator 21 ist über einen einzelnen Weg (z.B. einzige Leitung oder Passage) wahlweise mit dem Ladeluftkühler 100 verbunden, um das Kühlmittel, das den Ladeluftkühler 100 passiert hat, durch Wärmeaustausch mit Außenluft zu kühlen.
Die Niedrigtemperatur-Wasserpumpe 22, (z.B. angeordnet) zwischen dem Niedrigtemperaturradiator 21 und dem Ladeluftkühler 100, zirkuliert das Kühlmittel.
Das Kühlsystem weist ferner zum Umschalten der Kühlmittelleitung 13 ein erstes Steuerventil (bzw. Regelventil) 11 und ein zweiten Steuerventil 12 auf. Als erstes und zweites Ventil 11 und 12 können 3-Wege-Ventile verwendet werden.
Das erste Steuerventil 11 ist so eingerichtet, dass es das Kühlmittel, welches den Ladeluftkühler 100 passiert hat, wahlweise dem Radiator 16 zuführt.
Das zweite Steuerventil 12 ist so eingerichtet, dass es das Kühlmittel, welches den Verbrennungsmotor 10 passiert hat, wahlweise dem Ladeluftkühler 100 oder dem ersten Steuerventil 11 zuführt.
Das Kühlsystem weist ferner eine Steuervorrichtung 50 zum Steuern des Thermostats, des ersten und zweiten Steuerventils 11 und 12, und der Niedrigtemperatur-Wasserpumpe 22 auf. Die Steuervorrichtung 50 kann als ein oder mehrere Prozessoren realisiert sein, die durch ein vorgegebenes Programm betrieben werden, und das vorgegebene Programm kann so programmiert sein, dass es einen jeden Schritt eines Verfahrens zum Steuern eines Kühlsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchführt.
4 ist ein Blockdiagramm des Kühlsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 4 veranschaulicht, weist das Kühlsystem ferner einen Einlasstemperatursensor (z.B. Ansaugtemperatursensor) 51 und einen Kühlmitteltemperatursensor 52 auf.
Der Einlasstemperatursensor 51 ist in einer Luftleitung zwischen dem Turbolader 20 und dem Verbrennungsmotor 10 installiert, um eine Temperatur der Ansaugluft (bzw. Einlassluft) zu messen, die nach dem Passieren des Turboladers 20 dem Verbrennungsmotor 10 zugeführt wird, und überträgt korrespondierende Informationen zur Steuervorrichtung 50.
Der Kühlmitteltemperatursensor 52 ist an einer vorgegebenen Position in der Kühlmittelleitung 13 installiert, um eine Kühlmitteltemperatur zu messen, und überträgt die korrespondierenden Informationen zur Steuervorrichtung 50. Die vorgegebene Position kann eine Position zwischen dem Verbrennungsmotor 10 und dem Turbolader 20 sein, aber das vorliegende erfinderische Konzept ist nicht darauf eingeschränkt.
Die Steuervorrichtung 50 steuert die Betätigungen des ersten und des zweiten Steuerventils 11 und 12, des Thermostats 14 und der Niedrigtemperatur-Wasserpumpe 22 basierend auf Informationen bezüglich der von dem Einlasstemperatursensor 51 übertragenen Ansauglufttemperatur und basierend auf Informationen bezüglich der von dem Kühlmitteltemperatursensor 52 übertragenen Kühlmitteltemperatur.
1 veranschaulicht einen Betrieb, wenn die von dem Kühlmitteltemperatursensor 52 übertragene Kühlmitteltemperatur niedriger ist als die vorgegebene Kühlmitteltemperatur.
Wenn die von dem Kühlmitteltemperatursensor 52 übertragene Kühlmitteltemperatur niedriger ist als die vorgegebene Kühlmitteltemperatur ermittelt die Steuervorrichtung 50, dass der Verbrennungsmotor nicht warmgelaufen wurde.
Wenn ermittelt wird, dass der Verbrennungsmotor 10 nicht warmgelaufen wurde, schließt das erste Steuerventil 11 die von dem Ladeluftkühler 100 aus mit dem Radiator 16 verbundene Kühlmittelpassage. Außerdem öffnet das zweite Steuerventil 12 nur die von dem Verbrennungsmotor 10 aus mit dem Ladeluftkühler 100 verbundene Kühlmittelpassage. Die Steuervorrichtung 50 betreibt nicht die Niedrigtemperatur-Wasserpumpe 22, aber ermöglicht, dass das Kühlmittel aus dem Verbrennungsmotor 10 den Ladeluftkühler 100 passiert. Das Kühlmittel, das den Ladeluftkühler 100 passiert hat, wird in den Thermostat 14 eingeleitet. Das Thermostat 14 blockiert (z.B. sperrt) das aus dem Radiator 16 eingeleitete Kühlmittel und führt das aus dem Ladeluftkühler 100 eingeleitete Kühlmittel dem Verbrennungsmotor 10 zu, um ein Zirkulieren des Kühlmittels zu ermöglichen. Somit wird das in dem Verbrennungsmotor 10 erwärmte Kühlmittel mit der Luft in dem Ladeluftkühler 100 wärmegetauscht, um die Luft zu erwärmen, und die erwärmte Luft wird dem Verbrennungsmotor 10 zugeführt. Da das in dem Verbrennungsmotor 10 erwärmte Kühlmittel erneut dem Verbrennungsmotor 10 zugeführt wird, anstatt den Radiator 16 zu passieren, können außerdem das Kühlmittel und der Verbrennungsmotor 10 rasch aufgewärmt (bzw. warmgelaufen) werden.
In den folgenden Beschreibungen wird ein Betrieb, bei dem eine von dem Kühlmitteltemperatursensor 52 übertragene Kühlmitteltemperatur niedriger ist als eine vorgegebene Kühlmitteltemperatur, als ein erster Betriebsmodus bezeichnet.
2 ist eine Aufbauansicht, die einen Betrieb des Kühlsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wenn eine Einlasstemperatur niedriger ist als eine Ziel-Solltemperatur, nachdem der Verbrennungsmotor warmgelaufen ist.
Wenn die von dem Kühlmitteltemperatursensor 52 übertragene Kühlmitteltemperatur höher ist als die vorgegebene Kühlmitteltemperatur ermittelt die Steuervorrichtung 50, dass der Verbrennungsmotor 10 warmgelaufen wurde (bzw. ist). In diesem Fall ermittelt die Steuervorrichtung 50, ob eine von dem Einlasstemperatursensor 51 übertragene Ansauglufttemperatur niedriger ist als eine Ziel-Solltemperatur. Wenn die von dem Einlasstemperatursensor 51 übertragene Ansauglufttemperatur niedriger ist als die Ziel-Solltemperatur, kontrolliert die Steuervorrichtung 50 das erste Steuerventil 11, um zu ermöglichen, dass das Kühlmittel, welches den Ladeluftkühler 100 passiert hat, zum Radiator 16 strömt. Die Steuervorrichtung 50 steuert auch das zweite Steuerventil 12, um die Kühlmittelleitung zwischen dem Verbrennungsmotor 10 und dem Ladeluftkühler 100 zu verbinden. Die Niedrigtemperatur-Wasserpumpe 22 wird in einem deaktivierten Zustand gehalten, und das Thermostat 14 wird geöffnet, um zu ermöglichen, dass das Kühlmittel, welches den Radiator passiert hat, zum Verbrennungsmotor 10 strömt, und das aus dem Ladeluftkühler 100 in den Thermostat 14 eingeleitete Kühlmittel wird blockiert (z.B. gesperrt). Entsprechend wird das Kühlmittel, das gekühlt wird, wobei es den Radiator 16 passiert, dem warmgelaufenen Verbrennungsmotor 10 zugeführt, um eine Temperatur des Verbrennungsmotors 10 zu verringern, da das in dem Verbrennungsmotor 10 erwärmte Kühlmittel mit der Luft in dem Ladeluftkühler 100 wärmegetauscht wird, um die Luft zu erwärmen und diese zum Verbrennungsmotor 10 zuzuführen.
In den folgenden Beschreibungen wird ein Betrieb, wenn die Ansauglufttemperatur niedriger ist als die Ziel-Solltemperatur, nachdem der Verbrennungsmotor 10 warmgelaufen ist, als ein zweiter Betriebsmodus bezeichnet.
3 ist eine Aufbauansicht, die einen Betrieb des Kühlsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wenn die Temperatur der Ansaugluft höher ist als eine Ziel-Solltemperatur, nachdem der Verbrennungsmotor 10 warmgelaufen ist.
Wenn die von dem Einlasstemperatursensor 51 übertragene Ansauglufttemperatur höher ist als die Ziel-Solltemperatur, nachdem der Verbrennungsmotor 10 warmgelaufen ist, blockiert das erste Steuerventil die Einleitung des Kühlmittels aus dem Ladeluftkühler 100 in den Radiator 16 unter der Steuerung der Steuervorrichtung 50. Außerdem steuert die Steuervorrichtung 50 das zweite Steuerventil 12 so, dass es das von dem Verbrennungsmotor 10 aus zum Ladeluftkühler 100 eingeleitete Kühlmittel blockiert, und verbindet die Kühlmittelleitung zwischen dem Niedrigtemperaturradiator 21 und dem Ladeluftkühler 100. In diesem Fall betreibt die Steuervorrichtung 50 die Niedrigtemperatur-Wasserpumpe 22, um zu ermöglichen, dass das mit der Luft in dem Ladeluftkühler wärmegetauschte Kühlmittel zwischen dem Niedrigtemperaturradiator 21, dem Ladeluftkühler 100 und der Niedrigtemperatur-Wasserpumpe 22 zirkuliert. Somit wird die Luft mit dem in dem Niedrigtemperaturradiator 21 gekühlten Kühlmittel wärmegetauscht, um gekühlt zu werden, anstatt mit dem in dem Verbrennungsmotor 10 erwärmten Kühlmittel wärmegetauscht zu werden.
Das Thermostat 14 öffnet die von dem Radiator 16 aus mit dem Verbrennungsmotor 10 verbundene Kühlmittelleitung und schließt die von dem Ladeluftkühler 100 aus mit dem Verbrennungsmotor 10 verbundene Kühlmittelleitung. Da das in dem Radiator 16 gekühlte Kühlmittel dem Verbrennungsmotor 10 zugeführt wird, wird entsprechend verhindert, dass der Verbrennungsmotor erwärmt wird. In den folgenden Beschreibungen wird ein Betrieb, wenn die Ansauglufttemperatur höher ist als die Ziel-Solltemperatur, nachdem der Verbrennungsmotor 10 warmgelaufen ist, als ein dritter Betriebsmodus bezeichnet.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern eines Kühlsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Wie in 5 veranschaulicht, beginnt ein Verfahren zum Steuern eines Kühlsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, indem ermittelt wird, ob der Verbrennungsmotor gestartet (z.B. angelassen) wurde (bzw. ist) (S33).
Wenn in Schritt S33 ermittelt wird, dass der Verbrennungsmotor 10 nicht gestartet wurde, wird das Verfahren zum Steuern eines Kühlsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beendet (S44).
Wenn in Schritt S33 ermittelt wird, dass der Verbrennungsmotor 10 gestartet wurde (bzw. ist), ermittelt die Steuervorrichtung 50 einen Warmlaufzustand des Verbrennungsmotors 10 basierend auf von dem Kühlmitteltemperatursensor 52 übertragenen Kühlmitteltemperatur-Informationen und steuert entsprechend das erste Steuerventil 11, das zweite Steuerventil 12, das Thermostat 14 und die Niedrigtemperatur-Wasserpumpe 21. Dies wird im Einzelnen erläutert.
Zunächst vergleicht die Steuervorrichtung 50 die von dem Kühlmitteltemperatursensor 52 übertragene Kühlmitteltemperatur mit einer vorgegebenen Kühlmitteltemperatur, um zu ermitteln, ob der Verbrennungsmotor 10 in einem Warmlaufzustand ist (S31).
Wenn ermittelt wird, dass die Kühlmitteltemperatur höher ist als die vorgegebene Temperatur, sodass der Verbrennungsmotor 10 nicht warmgelaufen wurde, steuert die Steuervorrichtung 50 das erste Steuerventil 11, das zweite Steuerventil 12, das Thermostat 14 und die Niedrigtemperatur-Wasserpumpe 21 gemäß dem ersten Betriebsmodus (S41). Wie oben erläutert, schließt in dem ersten Betriebsmodus das erste Steuerventil 11 die von dem Ladeluftkühler 100 aus mit dem Radiator 16 verbundene Kühlmittelpassage, öffnet das zweite Steuerventil 12 nur die von dem Verbrennungsmotor 10 aus mit dem Ladeluftkühler 100 verbundene Kühlmittelpassage, arbeitet die Niedrigtemperatur-Wasserpumpe 22 nicht und blockiert das Thermostat 14 das aus dem Radiator 16 eingeleitete Kühlmittel und führt das aus dem Ladeluftkühler 100 eingeleitete Kühlmittel dem Ladeluftkühler 100 zu, um das Zirkulieren des Kühlmittels zu ermöglichen.
Wenn in Schritt S31 ermittelt wird, dass der Verbrennungsmotor 10 in einem Warmlaufzustand ist, ermittelt die Steuervorrichtung 50, ob eine Temperatur der Ansaugluft (oder Einlasstemperatur) höher ist als eine Ziel-Solltemperatur (S32).
Wenn die Ansauglufttemperatur niedriger ist als die Ziel-Solltemperatur, steuert die Steuervorrichtung 50 das erste Steuerventil 11, das zweite Steuerventil 12, das Thermostat 14 und die Niedrigtemperatur-Wasserpumpe 21 gemäß dem zweiten Betriebsmodus (S42). Wie oben erläutert, ermöglicht in dem zweiten Betriebsmodus das erste Steuerventil 11, dass das Kühlmittel, welches den Ladeluftkühler 100 passiert hat, in den Radiator 16 strömt, verbindet das zweite Steuerventil 12 die Kühlmittelleitung zwischen dem Verbrennungsmotor 10 und dem Ladeluftkühler 100, wird die Niedrigtemperatur-Wasserpumpe 22 in einem deaktivierten Zustand gehalten, wird das Thermostat 14 geöffnet, um zu ermöglichen, dass das Kühlmittel, welches den Radiator passiert hat, in den Verbrennungsmotor 10 strömt, und wird das von dem Ladeluftkühler 100 aus in das Thermostat eingeleitete Kühlmittel blockiert.
Wenn in Schritt S32 die Ansauglufttemperatur höher ist als die Ziel-Solltemperatur, steuert die Steuervorrichtung 50 das erste Steuerventil 11, das zweite Steuerventil 12, das Thermostat 14 und die Niedrigtemperatur-Wasserpumpe 22 gemäß dem dritten Betriebsmodus (S43). Wie oben erläutert, blockiert in dem dritten Betriebsmodus das erste Steuerventil 11 die Einleitung des Kühlmittels aus dem Verbrennungsmotor 10 in den Ladeluftkühler 100 und verbindet die Kühlmittelleitung zwischen dem Niedrigtemperaturradiator 21 und dem Ladeluftkühler 100, und das Thermostat 14 öffnet die von dem Radiator 16 aus mit dem Verbrennungsmotor 10 verbundene Kühlmittelleitung und schließt die von dem Ladeluftkühler 100 aus mit dem Verbrennungsmotor 10 verbundene Kühlmittelleitung. Außerdem betreibt die Steuervorrichtung 50 die Niedrigtemperatur-Wasserpumpe 22, um zu ermöglichen, dass das mit der Luft in dem Ladeluftkühler 100 wärmegetauschte Kühlmittel zwischen dem Niedrigtemperaturradiator 21, dem Ladeluftkühler 100 und der Niedrigtemperatur-Wasserpumpe 22 zirkuliert.
Das Verfahren zum Steuern eines Kühlsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann fortlaufend (z.B. kontinuierlich) durchgeführt werden in einem Zustand, in dem der Verbrennungsmotor 10 in Betrieb ist.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, wenn die Temperatur der dem Einlasskrümmer zugeführten Luft niedrig ist, die Luft mittels des Ladeluftkühlers erwärmt und dem Einlasskrümmer zugeführt, wodurch eine fehlerhafte Betätigung eines Drallsteuerventils verhindert werden kann, und eine Verschmutzungserscheinung und ein Umweltproblem können verbessert werden.
Da eine zusätzliche Heizvorrichtung nicht verwendet wird, um die Luft zu erwärmen, erhöhen sich auch nicht die Produktionskosten.
Die vorhergehenden Beschreibungen der spezifischen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dienen dem Zweck der Darstellung und Beschreibung. Sie sollen nicht als erschöpfend oder die Erfindung auf die genaue offenbarte Form einschränkend verstanden werden, und es sind offensichtlich viele Modifikationen und Variationen möglich angesichts der obigen Lehre. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Grundsätze der Erfindung und deren praktische Anwendung zu erläutern und dadurch dem Fachmann die Herstellung und den Gebrauch der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie von deren zahlreichen Alternativen und Modifikationen zu ermöglichen. Es ist beabsichtigt, dass der Schutzumfang der Erfindung durch die angeführten Ansprüche und deren Äquivalente definiert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 10-2014-0143386 [0001]

Claims

Ein Kühlsystem, aufweisend: einen Ladeluftkühler (100), der so eingerichtet ist, dass er ein Kühlmittel und Luft wärmetauscht, einen Radiator (16), der so eingerichtet ist, dass er ein in einem Verbrennungsmotor (10) erwärmtes Kühlmittel durch Wärmeaustausch mit Luft kühlt, einen Niedrigtemperaturradiator (21), der so eingerichtet ist, dass er das Kühlmittel des Ladeluftkühlers kühlt, ein Thermostat (14), das wahlweise mit dem Radiator oder dem Ladeluftkühler fluidverbunden ist, um das Kühlmittel aus dem Radiator oder aus dem Ladeluftkühler dem Verbrennungsmotor zuzuführen, ein erstes Steuerventil (11), das so eingerichtet ist, dass es das Kühlmittel, welches den Ladeluftkühler passiert hat, dem Radiator wahlweise zuführt, ein zweites Steuerventil (12), das so eingerichtet ist, dass es das Kühlmittel, welches den Verbrennungsmotor passiert hat, dem Ladeluftkühler oder dem ersten Steuerventil wahlweise zuführt, und eine Steuervorrichtung (50), die so eingerichtet ist, dass sie Betätigungen des Thermostats, des ersten Steuerventils und des zweiten Steuerventils gemäß einer Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors und einer Ansauglufttemperatur steuert.
Das Kühlsystem nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Kühlmitteltemperatursensor (52), der so eingerichtet ist, dass er Kühlmitteltemperatur-Informationen zur Steuervorrichtung (50) überträgt, und einen Einlasstemperatursensor (51), der so eingerichtet ist, dass er Ansauglufttemperatur-Informationen des Verbrennungsmotors (10) zur Steuervorrichtung überträgt.
Das Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend eine Niedrigtemperatur-Wasserpumpe (22), die so eingerichtet ist, dass sie zwischen dem Niedrigtemperaturradiator (21) und dem Ladeluftkühler (100) ein Kühlmittel zirkuliert.
Das Kühlsystem nach Anspruch 3, wobei, wenn die Kühlmitteltemperatur niedriger ist als eine vorgegebene Kühlmitteltemperatur, die Steuervorrichtung (50) das aus dem Radiator (16) eingeleitete Kühlmittel blockiert und das Thermostat (14) so steuert, dass es das aus dem Ladeluftkühler (100) eingeleitete Kühlmittel dem Verbrennungsmotor (10) zuführt, das erste Steuerventil (11) so steuert, dass das Kühlmittel, welches den Ladeluftkühler (100) passiert hat, nicht zum Radiator übertragen wird, das zweite Steuerventil (12) nur in einer von dem Verbrennungsmotor aus mit dem Ladeluftkühler verbundenen Passage öffnet, und die Niedrigtemperatur-Wasserpumpe (22) in einem deaktivierten Zustand hält.
Das Kühlsystem nach Anspruch 3 oder 4, wobei, wenn die Kühlmitteltemperatur höher ist als die vorgegebene Kühlmitteltemperatur und die Ansauglufttemperatur niedriger ist als eine Ziel-Solltemperatur, die Steuervorrichtung (50) das Thermostat (14) steuert, um zu ermöglichen, dass das Kühlmittel, welches den Radiator (16) passiert hat, den Verbrennungsmotor (10) passiert, und das aus dem Ladeluftkühler (100) eingeleitete Kühlmittel zu blockieren, das erste Steuerventil (11) so steuert, dass das Kühlmittel, welches den Ladeluftkühler passiert hat, zum Radiator übertragen wird, nur eine von dem Verbrennungsmotor aus mit dem Ladeluftkühler verbundene Passage des zweiten Steuerventils (12) öffnet, und die Niedrigtemperatur-Wasserpumpe (22) in einem deaktivierten Zustand hält.
Das Kühlsystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei, wenn die Kühlmitteltemperatur höher ist als die vorgegebene Kühlmitteltemperatur und die Ansauglufttemperatur höher ist als eine Ziel-Solltemperatur, die Steuervorrichtung (50) das Thermostat (14) so steuert, dass es eine von dem Radiator (16) aus mit dem Verbrennungsmotor (10) verbundene Kühlmittelleitung öffnet und eine von dem Ladeluftkühler (100) aus mit dem Verbrennungsmotor verbundene Kühlmittelleitung blockiert, das erste Steuerventil (11) so steuert, dass das Kühlmittel, welches den Ladeluftkühler passiert hat, nicht zum Radiator übertragen wird, das aus dem Verbrennungsmotor in den Ladeluftkühler eingeleitete Kühlmittel blockiert und eine Kühlmittelleitung zwischen dem Niedrigtemperaturradiator (21) und dem Ladeluftkühler verbindet, und die Niedrigtemperatur-Wasserpumpe (22) nicht betreibt.
Ein Verfahren zum Steuern eines Kühlsystems, das aufweist einen Ladeluftkühler, der so eingerichtet ist, dass er ein Kühlmittel und Luft wärmetauscht und die wärmegetauschte Luft einem Verbrennungsmotor zuführt, einen Radiator, der so eingerichtet ist, dass er das in dem Verbrennungsmotor erwärmte Kühlmittel durch Wärmeaustausch mit Luft kühlt, und einen Niedrigtemperaturradiator, der so eingerichtet ist, dass er das Kühlmittel des Ladeluftkühlers kühlt und einen fluidisch-geschlossenen Kreislauf mit dem Ladeluftkühler bildet, das Verfahren aufweisend: Ermitteln basierend auf einer Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors, ob der Verbrennungsmotor in einem Warmlaufzustand ist (S31), und wenn ermittelt wird, dass der Verbrennungsmotor nicht in einem Warmlaufzustand ist, Steuern einer Strömung des Kühlmittels gemäß einem ersten Betriebsmodus (S41), und wobei in dem ersten Betriebsmodus das in dem Verbrennungsmotor erwärmte Kühlmittel dem Ladeluftkühler zugeführt wird, um die Luft zu erwärmen und diese dem Verbrennungsmotor zuzuführen, und das Kühlmittel, welches den Ladeluftkühler passiert hat, erneut dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, ohne durch den Radiator oder den Niedrigtemperaturradiator hindurchzugehen.
Das Verfahren nach Anspruch 7, ferner aufweisend: wenn ermittelt wird, dass der Verbrennungsmotor warmgelaufen ist, Ermitteln, ob eine Einlasstemperatur höher ist als eine Ziel-Solltemperatur (S32), und wenn die Einlasstemperatur niedriger ist als die Ziel-Solltemperatur, Steuern einer Strömung des Kühlmittels gemäß einem zweiten Betriebsmodus (S42), wobei in dem zweiten Betriebsmodus das in dem Verbrennungsmotor erwärmte Kühlmittel dem Ladeluftkühler zugeführt wird, um die Luft zu erwärmen und diese dem Verbrennungsmotor zuzuführen, und das Kühlmittel, welches den Ladeluftkühler passiert hat, durch den Radiator, anstatt durch den Niedrigtemperaturradiator, erneut dem Verbrennungsmotor zugeführt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 8, ferner aufweisend, wenn ermittelt wird, dass die Einlasstemperatur höher ist als die Ziel-Solltemperatur, Steuern einer Strömung des Kühlmittels gemäß einem dritten Betriebsmodus (S43), wobei in dem dritten Betriebsmodus das in dem Verbrennungsmotor erwärmte Kühlmittel durch den Radiator, anstatt durch den Ladeluftkühler, erneut dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, und das in einem geschlossenen Kreislauf zwischen dem Ladeluftkühler und dem Niedrigtemperaturradiator zirkulierende Kühlmittel mit der dem Verbrennungsmotor zugeführten Luft wärmegetauscht wird.