DE10318355A1 - Cooling system for a combustion engine has control circuit to change heating power if rate of change of deviation from ideal temperature exceeds a threshold value - Google Patents

Cooling system for a combustion engine has control circuit to change heating power if rate of change of deviation from ideal temperature exceeds a threshold value Download PDF

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DE10318355A1 DE2003118355 DE10318355A DE10318355A1 DE 10318355 A1 DE10318355 A1 DE 10318355A1 DE 2003118355 DE2003118355 DE 2003118355 DE 10318355 A DE10318355 A DE 10318355A DE 10318355 A1 DE10318355 A1 DE 10318355A1
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Gottfried Eniglein
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Abstract

A cooling system for a combustion engine (1) comprises a cooling circuit (2) with pump (10) and a heat exchanger (7) and by-pass (8) controlled by a heatable thermostat valve and a temperature-regulating control circuit (11), which changes the heating power if the rate of change of deviation of actual from ideal temperature exceeds a threshold value. An independent claim is also included for a control process for the above system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor mit einem Kühlmittelkreislauf, an dem angeordnet sind: der Verbrennungsmotor, eine Pumpe, ein Wärmetauscher und eine zu dem Wärmetauscher parallele Umgehungsleitung sowie ein beheizbares Thermostatventil zum Verteilen des in dem Kreislauf zirkulierenden Kühlmittelstroms auf den Wärmetauscher und die Umgehungsleitung in temperaturabhängigen Anteilen, und mit einer Steuerschaltung zum Regeln der Temperatur des Kühlmittels durch Beaufschlagen des Thermostatventils mit einer von einer Differenz zwischen Soll-Temperatur und Ist-Temperatur des Kühlmittels abhängigen Heizleistung.The The present invention relates to a cooling system for an internal combustion engine a coolant circuit, on which are arranged: the internal combustion engine, a pump, a heat exchanger and one to the heat exchanger parallel bypass line and a heatable thermostatic valve for distributing the coolant flow circulating in the circuit on the heat exchanger and the bypass line in temperature dependent proportions, and with a Control circuit for regulating the temperature of the coolant by applying it of the thermostatic valve with one of a difference between the target temperature and actual temperature of the coolant-dependent heating output.

Kühlsysteme dieser Art und beheizbare Thermostatventile dafür sind bekannt. So beschreibt zum Beispiel DE 30 18 682 C2 ein Thermostatventil für den Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors, das ein temperaturabhängig dehnbares Element aufweist, das sowohl mit einem von dem Thermostatventil zu regelnden Kühlmittel als auch mit einer elektrischen Heizeinrichtung in thermischem Kontakt ist und dessen Dehnungsgrad die Aufteilung eines Kühlmittelstroms auf einen Wärmetauscher und eine Umgehungsleitung festlegt. Wenn die elektrische Heizeinrichtung stromlos ist, entspricht die Temperatur des dehnbaren Elementes im Wesentlichen der des Kühlmittels, und das Thermostatventil regelt die Verteilung des Kühlmittelstroms auf den Wärmetauscher und die Umgehungsleitung so, dass sich unter stationären Betriebsbedingungen eine erste stationäre Temperatur des Kühlmittels einstellt.Cooling systems of this type and heatable thermostatic valves therefor are known. For example, describes DE 30 18 682 C2 a thermostatic valve for the cooling circuit of an internal combustion engine, which has a temperature-dependent expandable element, which is in thermal contact both with a coolant to be controlled by the thermostatic valve and with an electrical heating device and whose degree of expansion defines the distribution of a coolant flow to a heat exchanger and a bypass line. When the electrical heating device is de-energized, the temperature of the expandable element essentially corresponds to that of the coolant, and the thermostatic valve regulates the distribution of the coolant flow to the heat exchanger and the bypass line so that a first stationary temperature of the coolant is established under stationary operating conditions.

Wenn diese Heizeinrichtung mit einer Heizleistung beaufschlagt wird, so erreicht das temperaturempfindliche Element einen gegebenen Dehnungsgrad bereits bei einer niedrigeren Temperatur des Kühlmittels. Durch Beaufschlagen mit dem Heizstrom lässt sich somit die stationäre Temperatur des Kühlmittels im Kreislauf beeinflussen, ohne dass hierfür justierende Eingriffe an dem Thermostatventil erforderlich wären.If this heating device is subjected to a heating power, the temperature-sensitive element thus achieves a given degree of expansion even at a lower coolant temperature. By loading with the heating current thus the stationary Coolant temperature in the circulatory system without making any adjustments the thermostatic valve would be required.

Das bekannte Thermostatventil ermöglicht es so, jeweils an die Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors angepasste Kühlmitteltemperaturen einzustellen. So wird für Teillastbetrieb des Motors eine hohe Kühlmitteltemperatur eingestellt, die einen leichten Lauf des Motors und damit einen geringen Energieverbrauch und wirtschaftlichen Betrieb ermöglicht, während für Volllast eine niedrigere Kühlmittel- bzw. Motortemperatur gewählt wird, bei der die thermische Ausdehnung der dem Verbrennungsmotor zugeführten und sich in Kontakt mit dem Motor erwärmenden Frischluft geringer ist, und die es somit ermöglicht, eine größere Menge Gemisch in die Zylinder des Motors zu füllen als bei hoher Motortemperatur, wodurch eine hohe Leistung des Motors erzielt wird.The known thermostatic valve makes it possible so, each adapted to the operating conditions of the internal combustion engine Coolant temperatures adjust. So for Partial load operation of the engine set a high coolant temperature, which makes the engine run smoothly and therefore low energy consumption and economical operation enables while for full load a lower coolant or motor temperature selected is where the thermal expansion of the internal combustion engine supplied and less fresh air warming up in contact with the engine and which therefore enables a larger amount Fill mixture into the cylinders of the engine than at high engine temperature, which ensures high engine performance.

Die Thermostatregelung dieser zweiten, niedrigeren Kühlmitteltemperatur findet statt, indem, solange die Ist-Temperatur des Kühlmittels geringer als diese zweite Soll-Temperatur ist, das Thermostatventil unbeheizt bleibt, und sobald die zweite Soll-Temperatur zu züglich einer Hystereseschwelle überschritten wird, eine feste Heizleistung zugeführt wird, so lange, bis die Ist-Temperatur die zweite Solltemperatur abzüglich der Hystereseschwelle wieder unterschreitet. Dann wird die Heizleistung ausgeschaltet, die Ist-Temperatur steigt erneut, und der Zyklus wiederholt sich.The Thermostat control of this second, lower coolant temperature takes place, by as long as the actual temperature of the coolant is lower than this second setpoint temperature, the thermostatic valve remains unheated, and as soon as the second target temperature exceeded a hysteresis threshold a fixed heating power is supplied until the Actual temperature second target temperature minus falls below the hysteresis threshold again. Then the heat output switched off, the actual temperature rises again, and the cycle repeated.

In DE 30 18 682 C2 wird nur der Idealfall betrachtet, dass die Temperatur des Kühlmittels den Änderungen der Heizleistung verzögerungsfrei folgt. In der Praxis ist dies jedoch nicht der Fall, da eine gewisse Zeit erforderlich ist, bevor eine Änderung der Kühlmitteltemperatur, die aus veränderten Mischungsverhältnissen am Thermostatventil resultiert, erfasst und der Regelung der Heizleistung zugrundegelegt werden kann.In DE 30 18 682 C2 only the ideal case is considered that the temperature of the coolant follows the changes in the heating output without delay. In practice, however, this is not the case, since a certain time is required before a change in the coolant temperature, which results from changed mixing ratios at the thermostatic valve, can be detected and the regulation of the heating output can be used as a basis.

Derartige Verzögerungseffekte treten auch auf, wenn die höhere Soll-Temperatur vorgegeben wird und das Thermostatventil dementsprechend unbeheizt bleibt. Bei der aus DE 30 18 682 C2 bekannten Anordnung des Thermostatventils am Ausgang des Motors ist eine komplette Umlaufperiode des Kühlmittels im Kreislauf erforderlich, bevor sich eine veränderte Aufteilung des Kühlmittelstroms auf Wärmetauscher und Umgehungsleitung durch eine Temperaturänderung am Thermostatventil selbst bemerkbar macht. Das Kühlsystem muss daher so ausgelegt werden, dass unvermeidliche Überschwinger der Kühlmitteltemperatur über die höhere Solltemperatur hinaus nicht zum Sieden des Kühlmittels oder zur Überhitzung empfindlicher Teile des Motors oder des Kühlmittelkreislaufs führen können. Die höhere Soll-Temperatur muss daher mit einem entsprechenden Sicherheitsabstand unterhalb derartiger kritischer Temperaturen angesetzt werden. Dies ist jedoch nachteilig, da durch eine kontinuierliche, höhere Betriebstemperatur die Reibung im Motor verringert und da durch sein Wirkungsgrad im Teillastbetrieb verbessert werden könnte.Such delay effects also occur when the higher target temperature is specified and the thermostatic valve accordingly remains unheated. At the out DE 30 18 682 C2 known arrangement of the thermostatic valve at the output of the engine, a complete circulation period of the coolant in the circuit is required before a change in the distribution of the coolant flow to the heat exchanger and bypass line is noticeable by a temperature change on the thermostatic valve itself. The cooling system must therefore be designed in such a way that unavoidable overshoots of the coolant temperature beyond the higher target temperature cannot lead to the boiling of the coolant or to overheating of sensitive parts of the engine or the coolant circuit. The higher target temperature must therefore be set with a corresponding safety distance below such critical temperatures. However, this is disadvantageous because the friction in the engine is reduced by a continuous, higher operating temperature and because its efficiency could be improved in part-load operation.

Eine mögliche Lösung dieses Problems wäre, das Thermostatventil an der Eingangsseite des Motors, das heißt am Zusammenfluss der durch die Umgehungsleitung und den Wärmetauscher verlaufenden Kühlmittelströme, zu platzieren. Ein solches Thermostatventil wäre praktisch verzögerungsfrei einer aus einer Veränderung der Mischungsverhältnisse der Ströme durch Wärmetauscher und Umgehungsleitung resultierenden Temperaturänderung ausgesetzt. Diese Lösung hätte jedoch wiederum den Nachteil, dass bei den meisten Kraftfahrzeugmotoren die Platzverhältnisse am Kühlmitteleinlass beengt sind, so dass es schwierig ist, das Thermostatventil dort unterzubringen. Ein anderer wichtiger Nachteil ist, dass ein Thermostatventil einen beträchtlichen Teil des im Kühlmittelkreislauf auftretenden Druckabfalls verursacht, so dass der Wärmetauscher, die Umgehungsleitung und deren Verbindungen einem deutlich höheren Betriebsdruck ausgesetzt sind als im Falle des am Motorausgang angeordneten Thermostatventils. Dadurch erhöht sich die Gefahr von Lecks im Kühlmittelkreislauf.A possible solution to this problem would be to place the thermostatic valve on the input side of the engine, i.e. at the confluence of the coolant flows through the bypass line and the heat exchanger. Such a thermostatic valve would be practically instantaneous from a change in the mixing ratio of the flows through the heat exchanger and vice versa Power line exposed to the resulting temperature change. However, this solution would in turn have the disadvantage that in most motor vehicle engines the space at the coolant inlet is restricted, so that it is difficult to accommodate the thermostatic valve there. Another important disadvantage is that a thermostatic valve causes a considerable part of the pressure drop occurring in the coolant circuit, so that the heat exchanger, the bypass line and their connections are exposed to a significantly higher operating pressure than in the case of the thermostatic valve arranged at the engine outlet. This increases the risk of leaks in the coolant circuit.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Kühlsystem der eingangs angegebenen Art zu schaffen, das einen Betrieb eines Verbrennungsmotors bei einer hohen Soll-Temperatur ohne Gefahr einer Beschädigung von empfindlichen Teilen des Motors oder des Kühlsystems bzw. des Siedens des Kältemittels ermöglicht.task of the present invention is a cooling system of the type mentioned Type to create an operation of an internal combustion engine at a high target temperature without risk of damage to sensitive parts of the engine or cooling system or the boiling of the refrigerant allows.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Steuerschaltung des Kühlsystems eingerichtet ist, die Heizleistung zu verändern, wenn der Änderungsgeschwindigkeitsbetrag der Differenz zwischen Soll- und Ist-Temperatur größer wird als ein vom Differenzbetrag zwi schen Soll- und Ist-Temperatur abhängiger Grenzwert. Auf diese Weise kann die Änderungsgeschwindigkeit der Kühlmitteltemperatur bereits reduziert werden, noch bevor diese ihren Sollwert erreicht (unabhängig davon, um welchen von verschiedenen Sollwerten es sich handelt). Indem so in der Nähe des Soll-Wertes die Temperaturänderungsgeschwindigkeit reduziert wird, werden auch die durch Reaktionsverzögerungen verursachten Überschwinger deutlich reduziert, so dass eine Soll-Temperatur für den Teillastbetrieb vorgegeben werden kann, die näher am Siedepunkt des Kühlmittels oder einer anderen kritischen Temperatur liegt als nach der bisherigen Technik.The Task is solved by that a control circuit of the cooling system is set to change the heating power when the rate of change the difference between the target and actual temperature is greater than that of the difference between the target and actual temperature-dependent limit. To this Way, the rate of change the coolant temperature already be reduced before it reaches its setpoint (regardless of which of the various target values are involved). By doing so near the The setpoint is the rate of temperature change is also reduced by reaction delays caused overshoots significantly reduced so that a target temperature for partial load operation is specified can be the closer at the boiling point of the coolant or a different critical temperature than the previous one Technology.

Vorzugsweise ist der Grenzwert eine abnehmende Funktion des Differenzbetrages. Dies ermöglicht eine Regelung der Heizleistung in mehreren Schritten bei Annäherung an eine Soll-Temperatur und damit eine besonders wirksame Unterdrückung von Überschwingern.Preferably the limit is a decreasing function of the difference. this makes possible regulation of the heating power in several steps when approaching a target temperature and thus a particularly effective suppression of overshoots.

Vorzugsweise ist die Steuerschaltung eingerichtet, wahlweise, vorzugsweise je nach Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors, wenigstens zwei verschiedene Soll-Temperaturen einzuregeln.Preferably the control circuit is set up, optionally, preferably each according to operating conditions of the internal combustion engine, at least two regulate different target temperatures.

Dabei entsprechen vorzugsweise beide Soll-Temperaturen, insbesondere auch die höhere, einem geregelten Beaufschlagen des Thermostatventils mit einer nichtverschwindenden Heizleistung. Dies ermöglicht ein besonders schnelles Öffnen der Umgehungsleitung zu Lasten des Stroms durch den Wärmetauscher durch Unbeheiztlassen des Thermostatventils, wenn die Ist-Temperatur des Kühlmittels deutlich unter seiner Soll-Temperatur liegt.there preferably correspond to both target temperatures, in particular also the higher, one regulated loading of the thermostatic valve with a non-vanishing Heating capacity. this makes possible a particularly quick opening the bypass line at the expense of electricity through the heat exchanger by leaving the thermostatic valve unheated when the actual temperature of the coolant clearly is below its target temperature.

Wenn die Steuerschaltung des erfindungsgemäßen Kühlsystems mit zwei verschiedenen Soll-Temperaturen arbeitet, so entsprechen diese vorzugsweise jeweils Voll last- bzw. Teillastbetriebsbedingungen des Motors. Selbstverständlich können auch mehrere unterschiedliche Teillastbedingungen definiert werden, denen jeweils unterschiedliche von der Steuerschaltung einzuregelnde Soll-Temperaturen zugeordnet sind.If the control circuit of the cooling system according to the invention with two different target temperatures works, they preferably correspond to full load or Part load operating conditions of the engine. Of course you can too several different partial load conditions are defined, to which different target temperatures to be regulated by the control circuit assigned.

Vorzugsweise sind keine Teillastbetriebsbedingungen definiert, unter denen der Heizstrom ständig verschwindet.Preferably no partial load operating conditions are defined under which the Heating current constantly disappears.

Auch unter Vollastbedingungen sollte die mittlere Heizleistung des Thermostatventils niedriger sein als eine maximale Leistung, mit der das Thermostatventil durch die Steuerschaltung beaufschlagbar ist, damit eine Leistungsreserve zur Verfügung steht, die im Bedarfsfalle ein schnelles Aufheizen des Themostatventils und damit eine schnelle Erhöhung des Kühlmittelstroms durch den Wärmetauscher ermöglicht.Also under full load conditions, the average heating output of the thermostatic valve be lower than a maximum output with which the thermostatic valve can be acted upon by the control circuit so that a power reserve to disposal stands, if necessary, a quick heating of the thematic valve and thus a quick increase of the coolant flow through the heat exchanger allows.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum Ansteuern eines beheizbaren Thermostatventils zu schaffen, das eine wirksame Unterdrückung von Temperatur-Überschwingern ermöglicht. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, bei dem die Ist-Temperatur des Kühlmittels und deren Änderungsgeschwindigkeit überwacht wird und die Heizleistung geändert wird, wenn der Differenzbetrag zwischen Soll- und Ist-Temperatur kleiner wird als ein von dem Änderungsgeschwindigkeitsbetrag der Differenz zwischen Soll- und Ist-Temperatur abhängiger Grenzwert.A Another object of the invention is a method for driving a heatable thermostatic valve to create an effective suppression of Temperature overshoots allows. This task is solved by a method in which the actual temperature of the coolant and monitors their rate of change is changed and the heating output if the difference between the target and actual temperature becomes smaller than one of the change speed amount the difference between the setpoint and actual temperature-dependent limit.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:Further Features and advantages of the invention result from the description of embodiments with reference to the attached Characters. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Kühlsystems; 1 a schematic representation of a first embodiment of a cooling system according to the invention;

2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausgestaltung des Kühlsystems; 2 a schematic representation of a second embodiment of the cooling system;

3 einen typischen Verlauf der Heizleistung und der Kühlmitteltemperatur als Funktion der Zeit bei einer herkömmlichen Regelung; 3 a typical course of the heating power and the coolant temperature as a function of Time in a conventional scheme;

4 einen zeitlichen Verlauf der Heizleistung und der Kühlmitteltemperatur gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung; und 4 a time curve of the heating power and the coolant temperature according to a first embodiment of the present invention; and

5 einen zeitlichen Verlauf von Heizleistung und Kühlmitteltemperatur gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung. 5 a time course of heating power and coolant temperature according to a second embodiment of the invention.

1 zeigt eine erste Ausgestaltung eines Kühlsystems für einen Verbrennungsmotor 1, mit einem Kühlmittelkreislauf 2, der durch den Verbrennungsmotor 1 verläuft und von einem Auslass 3 des Verbrennungsmotors 1 bis zu dessen Einlass 4 der Reihe nach aufweist: einen Temperatursensor 5 zum Erfassen der Temperatur des Kühlmittels am Auslass 3 des Verbrennungsmotors, eine Verzweigung 6, an der sich der Kühlmittelstrom auf einen Wärmetauscher oder Kühler 7 und eine Umgehungsleitung 8 verteilt, ein Thermostatventil 9, an dem der durch den Kühler 7 verlaufende Zweig des Kühlmittelkreislaufs und die Umgehungsleitung 8 wieder aufeinandertreffen, und eine Pumpe 10. Als Thermostatventil 9 kommt ein beliebiges bekanntes Thermostatventil, wie etwa in DE 30 18 682 C2 beschrieben, in Betracht, so dass sich eine eingehende Beschreibung des Thermostatventils 9 erübrigt. Das Thermostatventil 9 ist durch eine Steuerschaltung 11 mit einem in Abhängigkeit von der vom Temperatursensor 5 erfassten Temperatur geregelten Heizstrom beaufschlagt. An die Steuerschaltung 11 ist auch ein Ventilator 12 zum Anblasen des Kühlers 7 angeschlossen, der im Bedarfsfall von der Steuerschaltung 11 betrieben wird, um die Kühlleitung des Kühlers zu steigern. 1 shows a first embodiment of a cooling system for an internal combustion engine 1 , with a coolant circuit 2 by the internal combustion engine 1 runs and from an outlet 3 of the internal combustion engine 1 until its admission 4 one after the other: a temperature sensor 5 to measure the temperature of the coolant at the outlet 3 of the internal combustion engine, a branch 6 at which the coolant flow is directed to a heat exchanger or cooler 7 and a bypass line 8th distributed, a thermostatic valve 9 where the through the cooler 7 trending branch of the coolant circuit and the bypass line 8th meet again, and a pump 10 , As a thermostatic valve 9 comes any known thermostatic valve, such as in DE 30 18 682 C2 described, taking into account, so that a detailed description of the thermostatic valve 9 unnecessary. The thermostatic valve 9 is through a control circuit 11 with one depending on that of the temperature sensor 5 controlled temperature applied heating current. To the control circuit 11 is also a fan 12 to blow on the radiator 7 connected, if necessary by the control circuit 11 is operated to increase the cooling line of the cooler.

Das Thermostatventil 9 regelt die Kühlmittelströme durch den Kühler 7 und die Umgehungsleitung 8 in Abhängigkeit von seiner eigenen Temperatur. Diese ist bei der Anordnung der 1 festgelegt durch die Temperaturen der Ströme vom Kühler 7 und der Umgehungsleitung 8, deren Mischungsverhältnis und die von der Steuerschaltung 11 zugeführte Heizleistung. Änderungen der Temperaturen der Ströme vom Kühler und der Umgehungsleitung wirken sich praktisch sofort auf die Temperatur des Ventils 9 und damit auf dessen Mischungsverhältnis aus. Jedoch steht bis auf den Abschnitt vom Thermostatventil 9 zur Pumpe 10 der gesamte Kühlmittelkreislauf unter hohem Druck.The thermostatic valve 9 regulates the coolant flows through the radiator 7 and the bypass line 8th depending on its own temperature. This is in the arrangement of the 1 determined by the temperatures of the flows from the cooler 7 and the bypass line 8th , their mixing ratio and that of the control circuit 11 supplied heating power. Changes in the temperatures of the flows from the cooler and the bypass line affect the temperature of the valve almost immediately 9 and thus based on its mixing ratio. However, except for the section from the thermostatic valve 9 to the pump 10 the entire coolant circuit under high pressure.

Bei der Ausgestaltung der 2 ist das Thermostatventil 9 an den Ort der Verzweigung 6 versetzt, und die Ströme vom Kühler 7 und der Umgehungsleitung 8 treffen an einem T-Stück 13 frei zusammen. Änderungen der Kühlmittelverteilung, die das Thermostatventil 9 infolge einer Temperaturänderung des es durchströmenden Kühlmittels vornimmt, wirken erst nach einem vollständigen Umwälzzyklus des Kühlmittels auf die Temperatur des Thermostatventils 9 zurück. Die Attraktivität dieses Kühlsystems liegt darin, dass der Abschnitt des Kältemittelkreislaufs 2 vom Thermostatventil 9 zur Pumpe 10, auf dem nur niedrige Drücke herrschen, relativ kurz ist, so dass die Gefahr von Kühlmittelverlusten durch Lecks gering ist.When designing the 2 is the thermostatic valve 9 to the place of branching 6 offset, and the flows from the cooler 7 and the bypass line 8th meet at a tee 13 freely together. Changes in the coolant distribution that the thermostatic valve 9 due to a change in temperature of the coolant flowing through it, only act on the temperature of the thermostatic valve after a complete circulation cycle of the coolant 9 back. The attraction of this cooling system is that the section of the refrigerant circuit 2 from the thermostatic valve 9 to the pump 10 , at which only low pressures prevail, is relatively short, so that the risk of coolant loss through leaks is low.

3 zeigt einen typischen zeitlichen Verlauf der dem Thermostatventil 9 zugeführten Heizleistung und der Temperatur des Kühlmittels bei einer herkömmlichen, nicht erfindungsgemäßen Regelung des Systems aus 2. Dabei ist die Heizleistung als gestrichelte Kurve 20 und die Temperatur als durchgezogene Kurve 21 dargestellt. Zum Zeitpunkt t0, beim Anlassen des Verbrennungsmotors, ist die Kühlmitteltemperatur minimal. Die Soll-Temperatur des Kühlmittels hat einen im Vergleich hohen Wert T1. Die Heizleistung ist 0. Das Kühlmittel wird vollständig durch die Umgehungsleitung 8 geführt. 3 shows a typical time course of the thermostatic valve 9 supplied heating power and the temperature of the coolant in a conventional, not inventive control of the system 2 , The heating output is a dashed curve 20 and the temperature as a solid curve 21 shown. At time t0, when starting the internal combustion engine, the coolant temperature is minimal. The setpoint temperature of the coolant has a relatively high value T1. The heating power is 0. The coolant is completely through the bypass line 8th guided.

Zum Zeitpunkt t1 erreicht der Motor die Soll-Temperatur T1, doch bevor sich diese Temperatur bis zum Thermostatventil 9 fortpflanzt und dieses darauf durch Öffnen des Stroms durch den Kühler 7 bzw. Reduktion des Stroms durch die Umgebungsleitung reagieren kann, hat der Motor bereits die Soll-Temperatur T1 überschritten. Durch Zumischen des Kühlmittelstroms vom Kühler 7 wird die Soll-Temperatur wiederum unterschritten, und erst nach mehreren Oszillationen pendelt der Motor auf die Soll-Temperatur ein.At time t1, the motor reaches the target temperature T1, but before this temperature reaches the thermostatic valve 9 reproduces and this by opening the current through the cooler 7 or reduction of the current through the surrounding line, the motor has already exceeded the target temperature T1. By mixing in the coolant flow from the radiator 7 the temperature falls below the target temperature again, and the motor only oscillates to the target temperature after several oscillations.

Ein Wechsel auf Volllast zum Zeitpunkt t2 führt zu einer Absenkung der Soll-Temperatur auf den niedrigeren Wert T2. Das Thermostatventil wird mit 100 % seiner Nennleistung beheizt, bis der Temperatursensor 5 zum Zeitpunkt t3 feststellt, dass die Soll-Temperatur erreicht ist und der Heizstrom abgeschaltet wird. Ein- und Ausschaltphasen des Stroms wechseln sich nun ab, während die Temperatur um den Sollwert T2 pendelt.On Switching to full load at time t2 leads to a lowering of the Target temperature to the lower value T2. The thermostatic valve is heated to 100% of its nominal power until the temperature sensor 5 determines at time t3 that the target temperature has been reached and the heating current is switched off. On and off phases of the current now alternate, while the temperature around the Setpoint T2 oscillates.

4 zeigt im Vergleich dazu einen erfindungsgemäß durch die Steuerschaltung 11 geregelten Verlauf des Heizstroms und der Temperatur. Die Steuerschaltung 11 vergleicht hier ständig die Differenz zwischen Soll- und Ist-Temperatur mit einem von der Geschwindigkeit dieser Änderung abhängigen Grenzwert. Der Grenzwert kann zum Beispiel vorgegeben sein durch das Kriterium, dass bei einer weiteren Änderung der Ist-Temperatur mit der bisherigen Geschwindigkeit die Zeit, die noch zur Verfügung steht, bis Soll- und Ist-Temperaturen gleich werden, kürzer ist als ein vorgegebener Wert. Das heißt, je schneller der Temperaturanstieg ist, um so größer ist die Differenz zwischen Soll- und Ist-Temperatur, bei der die Grenzwertüberschreitung festgestellt wird. 4 shows in comparison to one according to the invention by the control circuit 11 regulated course of the heating current and the temperature. The control circuit 11 constantly compares the difference between the setpoint and actual temperature with a limit value that depends on the speed of this change. The limit value can be specified, for example, by the criterion that if the actual temperature changes further with the previous speed, the time that is still available until the setpoint and actual temperatures become the same is shorter than a predetermined value. This means that the faster the temperature rise, the greater the difference between the setpoint and actual temperature at which the limit is exceeded.

Wie bei 3 ist t0 der Startzeitpunkt des Verbrennungsmotors, die Soll-Temperatur ist zunächst der einem Teillastbetrieb des Motors entsprechende hohe Wert T1, das Thermostatventil 9 ist stromlos, und der Weg durch den Kühler 7 ist durch das Thermostatventil 9 versperrt. Die Ist-Temperatur, dargestellt als durchgezogene Kurve 23, steigt daher zunächst zügig an, bis zum Zeitpunkt t1 die Differenz zwischen Soll- und Ist-Temperatur zum ersten Mal einen Grenzwert unterschreitet. Die Steuerschaltung 11 beginnt nun, das Thermostatventil 9 zu beheizen, obwohl die Soll-Temperatur T1 noch nicht überschritten ist. Der Weg durch den Kühler 7 wird dadurch ein Stück weit geöffnet bzw. der Weg durch die Umleitung etwas gesperrt, und der Temperaturanstieg verlangsamt sich.As in 3 If t 0 is the start time of the internal combustion engine, the setpoint temperature is initially the high value T1 corresponding to a partial load operation of the engine, the thermostatic valve 9 is de-energized and the way through the cooler 7 is through the thermostatic valve 9 blocked. The actual temperature, shown as a solid curve 23 , therefore initially rises rapidly until the difference between the setpoint and actual temperature falls below a limit value for the first time t1. The control circuit 11 now starts the thermostatic valve 9 to be heated although the set temperature T1 has not yet been exceeded. The way through the cooler 7 it is opened a bit or the path through the diversion is somewhat blocked, and the temperature rise slows down.

Wenn nun kontinuierlich mit 100 % Leistung weitergeheizt würde, würde die Ist-Temperatur schließlich wieder abfallen. Um dies zu vermeiden, wird nach einer gewissen Zeitspanne zum Zeitpunkt t2 die Heizleistung zurückgenommen. Dies kann zum Beispiel geschehen durch Ver ringern einer an das Heizelement des Thermostatventils 9 angelegten Gleichspannung oder durch Übergehen zu einer mit einem festgelegten Tastverhältnis gepulsten Gleichspannung. So setzt sich der Temperaturanstieg verlangsamt fort.If heating continued at 100% output, the actual temperature would eventually drop again. To avoid this, the heating power is reduced after a certain period of time at time t2. This can be done, for example, by reducing one to the heating element of the thermostatic valve 9 applied DC voltage or by transitioning to a DC voltage pulsed with a fixed duty cycle. So the temperature rise continues slower.

Schließlich wird zum Zeitpunkt t3 der Heizstrom vollends ausgeschaltet. Da zu diesem Zeitpunkt die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur bereits sehr gering ist, und die Temperatur nahe am Sollwert T1 liegt, kommt es zu keinen merklichen Überschwingern.Eventually at time t3 the heating current is completely switched off. Because of this Time the rate of change the temperature is already very low, and the temperature is close is at the setpoint T1, there are no noticeable overshoots.

Zum Zeitpunkt t4 wird die Soll-Temperatur auf den Wert T2 geändert, der Volllastbetrieb entspricht. Wie im Fall der 3 wird das Thermostatventil 9 zunächst mit 100 % Heizleistung versorgt, um den Kühler 7 schnell zu öffnen und die Temperatur zu senken. Wiederum wird die Differenz zwischen Ist- und Soll-Temperatur mit einem als Funktion der Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur definierten Grenzwert verglichen, und wenn zum Zeitpunkt t5 die Differenz den Grenzwert unterschreitet, wird die Heizleistung reduziert. Dies kann wiederum durch Reduzieren eines Gleichspannungspegels oder durch Zuführen einer gepulsten Spannung geschehen. Durch die Verringerung der Leistung verlangsamt sich die Temperaturabnahme.At time t4, the target temperature is changed to the value T2, which corresponds to full load operation. As in the case of 3 becomes the thermostatic valve 9 initially supplied with 100% heating power to the cooler 7 open quickly and lower the temperature. Again, the difference between the actual and the target temperature is compared with a limit value defined as a function of the rate of change of the temperature, and if the difference falls below the limit value at time t5, the heating power is reduced. This can in turn be done by reducing a DC voltage level or by applying a pulsed voltage. The decrease in temperature slows down by reducing the power.

Zu einem Zeitpunkt t6 unterschreitet die Differenz zwischen Soll- und Ist-Temperatur erneut einen Grenzwert, der für die nun niedrigere Änderungsgeschwindigkeit näher bei der Soll-Temperatur T2 liegt. Die Heizleistung wird nun abermals reduziert, diesmal auf einen vorbekannten, für die Soll-Temperatur T2 erwarteten Wert.At a point in time t 6 , the difference between the setpoint and actual temperature again falls below a limit value, which for the now lower rate of change is closer to the setpoint temperature T2. The heating power is now reduced again, this time to a previously known value expected for the target temperature T2.

Selbstverständlich könnte die Verringerung der Heizleistung von 100 % auf den erwarteten Wert auch in einem einzigen Schritt oder in mehr als zwei Schritten erfolgen. Da zum Zeitpunkt des Umschaltens auf den erwarteten Wert die Änderungsgeschwindigkeit die Temperatur sehr gering ist, treten auch hier keine Überschwinger auf.Of course that could Reduction of heating output from 100% to the expected value too in a single step or in more than two steps. Because at the time of switching to the expected value, the rate of change the temperature is very low, there are no overshoots on.

Wenn zu einem Zeitpunkt t7 erneut auf Teillast umgeschaltet wird, schaltet die Steuerschaltung 1 den Heizstrom wieder aus. Da das Thermostatventil 9 zunächst die durch das Beheizen eingetragene Wärme abgeben muss, bevor es reagieren und das Mischungsverhältnis des Kühlmittels ändern kann, ist in diesem Fall der Wiederanstieg der Temperatur langsamer als der Anstieg in der Startphase des Motors zwischen t0 und t1, der zum Vergleich als strichpunktierte Kurve 23' eingezeichnet ist.If a switch is made to partial load again at a time t7, the control circuit switches 1 the heating current again. Because the thermostatic valve 9 the heat introduced by the heating must first give off before it can react and change the mixing ratio of the coolant, in this case the temperature rise again is slower than the increase in the starting phase of the engine between t0 and t1, which is compared as a dash-dotted curve 23 ' is drawn.

Der Leistungs- und Temperaturverlauf der 5 betrifft eine Ausgestaltung des Kühlsystems, bei der das Thermostatventil 9 auch zum Einstellen der hohen Soll-Temperatur T1 mit einer nicht-verschwindenden Heizleistung beaufschlagt werden muss, wie durch den Verlauf der Heizleistungskurve 24 zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 angedeutet. Beim Start des Motors und beim Übergang von Teillast- und Vollastbetrieb unterscheidet sich das Verhalten dieser Ausgestaltung nicht wesentlich von der in Verbindung mit 4 betrachteten. Wenn jedoch beim erneuten Übergang in Teillastbetrieb zum Zeitpunkt t7 die Heizleistung auf 0 gesetzt wird, so kann bei dieser Ausgestaltung das Thermostatventil 9 schneller auf die Änderung der Soll-Temperatur reagieren als bei der Ausgestaltung der 4.The performance and temperature curve of the 5 relates to an embodiment of the cooling system in which the thermostatic valve 9 a non-disappearing heating output must also be applied to set the high target temperature T1, as by the course of the heating output curve 24 indicated between times t3 and t4. At the start of the engine and at the transition from part-load and full-load operation, the behavior of this configuration does not differ significantly from that in connection with 4 considered. However, if the heating power is set to 0 at time t7 when the transition to partial load operation takes place again, the thermostatic valve can be used in this embodiment 9 react faster to the change in the target temperature than in the design of the 4 ,

1 1
Motorengine
22
KühlmittelkreislaufCoolant circuit
3 3
Kühlmittelauslasscoolant outlet
44
KühlmitteleinlassCoolant inlet
5 5
Temperatursensortemperature sensor
66
Verzweigungbranch
77
Wärmetauscher/KühlerHeat exchanger / cooler
88th
Umgehungsleitungbypass line
9 9
Thermostatventilthermostatic valve
1010
Pumpepump
11 11
Steuerschaltungcontrol circuit
1212
Ventilatorfan
13 13
T-StückTee
20-2520-25
Kurvencurves

Claims (13)

Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor (1), mit einem Kühlmittelkreislauf (2), an dem angeordnet sind: der Verbrennungsmotor (1), eine Pumpe (10), ein Wärmetauscher (7) und eine zu dem Wärmetauscher (7) parallele Umgehungsleitung (8) und ein beheizbares Thermostatventil (9) zum Verteilen des in dem Kreislauf (2) zirkulierenden Kühlmittelstroms auf den Wärmetauscher (7) und die Umgehungsleitung (8) in temperaturabhängigen Anteilen, und mit einer Steuerschaltung (11) zum Regeln der Temperatur des Kühlmittels durch Beaufschlagen des Thermostatventils (9) mit einer von einer Differenz zwischen Solltemperatur und Ist-Temperatur des Kühlmittels abhängigen Heizleistung, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (11) eingerichtet ist, die Heizleistung zu verändern, wenn der Änderungsgeschwindigkeitsbetrag der Differenz zwischen Soll- und Ist-Temperatur größer wird als ein vom Differenzbetrag zwischen Soll- und Ist-Temperatur abhängiger Grenzwert.Cooling system for an internal combustion engine ( 1 ), with a coolant circuit ( 2 ), on which are arranged: the internal combustion engine ( 1 ), a pump ( 10 ), a heat exchanger ( 7 ) and one to the heat exchanger ( 7 ) parallel bypass line ( 8th ) and a be heated thermostatic valve ( 9 ) to distribute the in the circuit ( 2 ) circulating coolant flow to the heat exchanger ( 7 ) and the bypass line ( 8th ) in temperature-dependent proportions, and with a control circuit ( 11 ) to regulate the temperature of the coolant by actuating the thermostatic valve ( 9 ) with a heating power dependent on a difference between the target temperature and the actual temperature of the coolant, characterized in that the control circuit ( 11 ) is set up to change the heating output if the rate of change in the difference between the setpoint and actual temperature is greater than a limit value which is dependent on the difference between the setpoint and actual temperature. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert eine abnehmende Funktion des Differenzbetrages ist.cooling system according to claim 1, characterized in that the limit is a decreasing function of the difference. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (11) eingerichtet ist, wahlweise wenigstens zwei verschiedene Solltemperaturen (T1, T2) einzuregeln.Cooling system according to claim 1 or 2, characterized in that the control circuit ( 11 ) is set up to optionally regulate at least two different target temperatures (T1, T2). Kühlsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerschaltung (11) eingerichtet ist, die Solltemperaturen (T1, T2) durch geregeltes Beauf schlagen des Thermostatventils (9) mit einer nichtverschwindenden Heizleistung einzuregeln.Cooling system according to claim 3, characterized in that the control circuit ( 11 ) is set up, the setpoint temperatures (T1, T2) by controlled actuation of the thermostatic valve ( 9 ) with a non-disappearing heating output. Kühlsystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Solltemperaturen (T1, T2) jeweils unter Vollast- bzw. Teillastbetriebsbedingungen des Motors (1) eingeregelt werden.Cooling system according to claim 3 or 4, characterized in that the at least two target temperatures (T1, T2) each under full load or part load operating conditions of the engine ( 1 ) are regulated. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Teillastbetriebsbedingungen definiert sind, unter denen jeweils unterschiedliche Solltemperaturen eingeregelt werden.cooling system according to one of the claims 3 to 5, characterized in that a plurality of part-load operating conditions are defined, under which different target temperatures be regulated. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass keine Teillastbetriebsbedingungen definiert sind, unter denen die Heizleistung ständig verschwindet.cooling system according to one of the claims 3 to 6, characterized in that no part-load operating conditions are defined under which the heating output constantly disappears. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass unter Vollastbedingungen die mittlere Heizleistung des Thermostatventils niedriger ist als eine maximale Leistung, mit der das Thermostatventil (9) durch die Steuerschaltung (11) beaufschlagbar ist.Cooling system according to one of claims 3 to 7, characterized in that under full load conditions the average heating power of the thermostatic valve is lower than a maximum power with which the thermostatic valve ( 9 ) by the control circuit ( 11 ) can be acted upon. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermostatventil (9) am Kühlmittelauslass (3) des Motors (1) angeordnet ist.Cooling system according to one of the preceding claims, characterized in that the thermostatic valve ( 9 ) at the coolant outlet ( 3 ) of the motor ( 1 ) is arranged. Verfahren zum Ansteuern eines beheizbaren Thermostatventils (9) in einem Kühlsystem eines Verbrennungsmotors (1), mit den Schritten: a) Überwachen einer Ist-Temperatur des Kühlmittels und von deren Änderungsgeschwindigkeit, b) Ändern der Heizleistung, wenn der Differenzbetrag zwischen Soll- und Ist-Temperatur kleiner wird als ein von dem Änderungsgeschwindigkeitsbetrag der Differenz zwischen Soll- und Ist-Temperatur abhängiger Grenzwert.Method for controlling a heatable thermostatic valve ( 9 ) in a cooling system of an internal combustion engine ( 1 ), with the steps: a) monitoring an actual temperature of the coolant and its rate of change, b) changing the heating output if the difference between the target and actual temperature becomes smaller than one of the rate of change of the difference between the target and actual -Temperature dependent limit. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem, wenn sich die Ist-Temperatur der Solltemperatur von unten nähert, die Heizleistung zunächst von einem niedrigen Wert auf einen höheren als den zum Halten der Solltemperatur erforderlichen Wert geändert wird.The method of claim 10, wherein when the Actual temperature approaches the target temperature from below, the heating output initially from a low value to a higher one is changed as the value required to maintain the target temperature. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem, wenn sich die Annäherung an die Soll-Temperatur verlangsamt, die Heizleistung von der höheren auf die zum Halten erforderliche Leistung zurückgenommen wird.The method of claim 10 or 11, wherein if the approach slows down to the target temperature, the heating output from the higher to the power required to hold is withdrawn. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem, wenn die Ist-Temperatur über der Soll-Temperatur liegt, das Thermostatventil zunächst mit einer höheren als der zum Halten der Soll-Temperatur erforderlichen Leistung beheizt wird und in Schritt b) die Leistung verringert wird.Method according to one of claims 10 to 12, wherein if the actual temperature above the target temperature the thermostatic valve with a higher one than the power required to maintain the target temperature and in step b) the power is reduced.
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