DE3119509A1

DE3119509A1 - Verfahren zur verhinderung einer ueberhitzung der kuehlfluessigkeit eines kraftfahrzeugmotors und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3119509A1
Application number: DE19813119509
Authority: DE
Inventors: Roger Elancourt Robin; Ngy Montefermeil Srun
Original assignee: Valeo SE
Current assignee: Valeo SE
Priority date: 1980-05-20
Filing date: 1981-05-16
Publication date: 1982-02-04
Also published as: FR2482906A1; JPS5716220A; US4387670A; FR2482906B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhinderung einer überhitzung der Kühlflüssigkeit eines Kraftfahrzeugmotores aufgrund seiner thermischen Trägheit infolge einer plötzlichen Verringerung der Ventilation beim Verzögern oder beim Anhalten des Fahrzeuges, welche Flüssigkeit in einem herkömmlichen hydraulischen Kühlkreislauf mit einer Pumpe und mit einem mit einem Expansiansraum versehenen Kühler strömt, . und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei einem sogenannten klassiscten Kühlsystem für einen Motor mit innerer Verbrennung, welches System insbesondere folgende Teile enthält: eine Pumpe für Kühlwasser oder eine andere Kühlflüssigkeit, die mechanisch angetrieben ist,

einen elektrisch oder direkt mechanisch angetriebenen oder abkuppelbaren Ventilator,

einen Kühler mit oder ohne einen Verschlußstopfen,

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Bankkonto: Norddeulscho lan'Josbnnk. Fiitoio bad

, Kto.-Nr.2i.1ie.S70 · Postscheckkonto: Hannover 667IS

einen Expansions behälter mit oder ohne einen Verschlußstopfen.

Bei dem Bau von Kraftfahrzeugen hat man schon längere Zeit vorgeschlagen, die Ausdehnung der Kühlflüssigkeit des Motors über einen Expansionsbehälter auszugleichen, wie dies bei ortsfest eingebauten Heizungsinstallationen der Fall ist. Ein derartiges System ist aus der FR-PS 1269 341 bekannt geworden. Dort ist ein Kühler mit einem Ausgleichsbehälter versehen.

Man stellt manchmal bei einem derartigen "klassischen" System starke Uberhitzungen fest, und zwar immer dann, wenn man aus dem einen oder dem anderen Grund (Maut, Zoll, Rastzeit) anhält, nachdem der Motor lange Zeit beispielsweise bei Fahrt auf der Autobahn oder bei einem langen Berganstieg mit voller Last betrieben wurde, und zwar aufgrund.einer Verringerung der Ventilation. Die Erfahrung hat gezeigt, daß der "Wechsel von Vollast auf Langsamfahrt eine zusätzliche Energie erzeugt bzw. mit sich bringt, die mit Rücksicht auf einen stabilisierten Betrieb bei Langsamfahrt abgeführt werden muß. Dieses Phänomen ist unter dem Namen"thermische Trägheit"des Motors bekannt. Es ist durch zwei Hauptparameter gekennzeichnet: durch die Zeitdauer,

durah die von der thermischen Trägheit abhängige Energie.

Diese Energie liegt in der Größenordnung von 60 bis 90 Kcal (für einen Motor von 7 bis 10 Steuer-PS (CV -fiscaux) und kann 1 kg Wasser von 0 Grad C bis auf 60 bis 90 Grad C erwärmen. Unter dem Gesichtspunkt der Energie ist die thermische Trägheit nicht wichtig; unter dem Gesichtspunkt der Leistung ist sie beachtlich: sie erreicht einen Wert, der in der Größenordnung der Leistung des Kühlers bei stabilisiertem Niedriglastbetrieb liegt (ca. 5. 000 Kcal).

Demzufolge bewirkt bei einem "klassischen" Kühlkreislauf , der leicht unterdimensioniert oder bezogen auf den stabilisierten Langsamfahrbetrieb korrekt dimensioniert ist, die thermische Trägheit des

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Motors beim Übergang von Vollast auf unerwarteten Langsamfahrbetrieb eine Erhöhung der Temperatur der Kühlflüssigkeit des Motors, Diese Erhöhung dauert mehr oder weniger lange und kann "zum Kochen" des Kühlers führen, was schädliche Folgen haben kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem bei einem klassischen Kühlkreislauf diese Temperaturerhöhung verhindert oder zumindest verringert werden kann, und mit dem sehr schnell diese Energie aufgrund der thermischen Trägheit absorbiert oder abgeführt werden kann. Ferner soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den

hydraulischen Kühlkreislauf am Eingang des Motores frische Flüssigkeit

wird,
eingespritzt die aus dem Expansionsraum entnommen und mittels

einer kleinen Hilfspumpe gefördert wird.

Dabei wird also am Eingang oder am Auslaß der Kühlflüssigkeitspumpe beispielsweise, jedenfalls aber am Einlaß des Motors eine kalte Kühlflüssigkeit mit einer sehr geringen Leistung , etwa zwischen 25 bis 90 Liter pro Stunde eingespritzt, d.h., eine Kühlflüssigkeit, deren Temperatur in der Nähe der Umgebungsluft Tfegt und die in dem Expansiorisbehälter zur Verfügung steht, der nicht mehr als 1 bis 2 Liter enthält. Dazu verbindet eine Hilfsleitungsführung den Expansions behälter mit einem Punkt des Hauptkühlkreislaufes, der den Kühler und die Flüssigkeitspumpe enthält, um dort die von dem Expansions behälter herkommende und durch eine Hilfspumpe geförderte kalte Flüssigkeit einzuspritzen.

Es sei angenommen, daß während des stabilisierten Langsamfahrbetriebes die Kühlkreislaufpumpe nicht über einen ausreichenden Ansaugdruck verfügt, dann erfolgt das Einspritzen der Kühlflüssigkeit des Expansionsbehälters in den Motor mittels einer kleinen Hilfspumpe,

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beispielsweise einer elektrischen Hilfspumpe, mit reduziertem Querschnitt gegenüber der elektrischen Pumpe der Scheibenwaschanlage.

Man stellt fest, da/3 der gesamte Ein spritzhilf s kreis gemäß der Erfindung, der wenig wiegt und kleine Abmessungen aufweist, nachträglich in eine vorher schon vorhandene "klassische" Installation eingebaut werden kann, ohne daß es notwendig ist, besondere-Änderungen in der Anlage oder an der Betriebsweise vorzunehmen.

Anahnd der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, soll die Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigt:

die einzige Figur, eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen aufgebauten Kühlkreislaufes.

Um die Besonderheiten der Erfindung gegenüber dem Eekannten besser hervorzuheben, werden die besonderen Merkmale und Komponenten durch Bezugs ziffern dargestellt, wogegen die Beaugsbuchstaben für im Stand der Technik bekannte Anordnungen und Teile verwendet werden. Außerdem sind die Leitungen für das Kühlwasser oder eine andere Kühlflüssigkeit mit dick ausgezogenen Linien dargestellt, wogegen die elektrischen Verbindungen mit dünnen Linien gezeichnet sind.

Man erkennt in der Zeichnung einen Kraftfahrzeugmotor M mit innerer Verbrennung, dessen Kühlkreislauf L mit Kühlwasser oder einen anderen Kühlflüssigkeit einen Kühler R , der horizontal oder vertikal durchströmt ist, und eine Hauptkreislaufpumpe P besitzt, die allgemein durch den Motor M angetrieben wird. Wie in der oben erwähnten FR-PS 1 269 314 dargestellt und beschrieben, ist der obere Bereich des Kühlers R - der sein Behälter für den Wassereinlaß (wie dargestellt) oder den Auslaß sein kann - durch Zwischenfügung

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einer Leitung C .mit dem unteren Bereich eines Expansionsgefäßes V verbunden, das frei zur Athmosphäre (wie dar ge s te Ht)Mn offen oder mit einem nicht näher dargestellten Verschlußstopfen versehen ist. Vor dem Kühler R ist im Prinzip ein Ventilator oder ein Gebläse S angeordnet, der bzw, das vorteilhafterweise mechanisch angetrieben ist.

Erfindungsgemäß ist der untere Teil des Expansionsgefäßes V über eine Leitung 1 mit dem Ansaugstutzen einer elektrischen Hilfseinspritzpumpe 2 mit kleinen Abmessungen, aber einer beachtlichen Leistung, beispielsweise mit 30 bis 60 Liter pro Std. verbunden (demgegenüber besitzt die Hauptkreislaufpumpe eine Leistung in der Größenordnung zwischen 500 bis 1. 000 Liter pro Std.). Diese elektrische Einspritzpumpe 2 mündet in eine Hilfsleitung 3 ein, die mit einem Rückschlagventil 4 versehen ist und die in den Kühlkreislauf L des Motors M einmündet und zwar im Bereich des Ansaugstutzens der Hauptpumpe P (wie dargestellt) oder entweder etwas weiter stromaufwärts am Eingang zum Kühler R oder etwas weiter stromabwärts am Auslaß der Pumpe P. Das Ventil kann mit der elektrischen Pumpe ebenso wie die Anordnung 2 bis 4 mit dem Expansionsgefäß V verbunden bzw. dort integriert sein.

Der elektrische Versorgungsstromkreis 5 der Hilfspumpe 2 besitzt in Reihe mit einer Stromquelle 6 (beispielsweise der Batterie des Fahrzeugs) eine Thermosonde 7, beispielsweise einen Therrnokontakt, der auf die Temperatur der Kühlflüssigkeit des Motors M anspricht. Sobald diese einen vorbestimmten Wert annimmt, der nicht überschritten werden darf (beispielsweise eine Temperatur nahe 100 Grad), schließt sich der Kontakt 7 und die Hilfseinspritzpumpe 2 beginnt anzulaufen, wobei sie Kühlflüssigkeit von dem Expansionsbehälter V fördert und in den Kühlkreislauf des Motors einleitet.

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Wenn der Ventilator S mechanisch von dem Motor M unter Zwischenschaltung einer auskuppelbaren Kupplung oder von einem Elektromotor mit gesteuerter Stromversorgung angetrieben wird, kann man den Thermokontakt 7 so anordnen, daß er dann schließt ·, zunächst bei einer Wassertemperatur von T (beispielsweise 98 Grad) einen ersten nicht weiter dargestellten Schaltkreis zur Ansteuerung des Ventilators S auf an sich bekannte Art ; und daraufhin bei einer Wassertemperatur T₉ (beispielsweise 106 Grad) den elektrischen Schaltkreis zur Steuerung der Hilf sein spritzpumpe 2.

Insgesamt überträgt sich die thermische Trägheit des Motors M an seinen Ausgang von Vollastbetrieb bis zum Abbremsen durch eine Erhöhung der Temperatur des Kühlwasser oder einer anderen Flüssigkeit. Eine derartige Temperaturerhöhung wird durch die Thermosonde bzw. den Thermokontakt 7 festgestellt bzw. detektieri, der den folgenden Vorgang steuert:

-Ansteuern des Ventilators S für den Fall, daß der Motor mit einem gesteuerten elektrischen Ventilator oder einem mechanisch angetriebenen auskuppelbaren Ventilator versehen ist, bei der ersten Temperaturschwelle T , und Ansteuern

-der Einspritzpumpe 2 bei der zweiten Temperatur schwelle T .

Die kalte Flüssigkeit in dem Expansions behälter V wird von der Pumpe 2 über das Rohr 1 angesaugt und danach in den Eingang des Motors M eingespritzt , und zwar im Ansaugbereich (oder bei einer Variante, im Ausla^ßbereich) der Hauptpumpe P über das Rohr 3. Die eingespritzte Kühlflüssigkeit mischt sich mit der warmen Flüssigkeit in dem Motor M und absorbiert demzufolge die Wirkung seiner thermischen Trägheit. Die Temperatur der Flüssigkeit am Ausgang des Motors M fallt progressiv ab oder bleibt konstant als Funktion der Temperatur. Die Einspritzpumpe 2 bleibt nicht stehen, außer die Temperatur der Flüssigkeit, am Ausgang des Motors M erreicht den vorgeschriebenen

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Wert, der durch den Thermokontakt 7 gemessen wird.

Man stellt fest, daß die Menge an kalter Flüssigkeit , die von dem Expansionsbehälter V in den Kühlkreislauf L des Motors eingespritzt wird, eine entsprechende Menge an Flüssigkeit mit höherer Temperatur ersetzt, die , während sie aus dem Flüssigkeitsbehälter des Kühlers R ausläuft, die Leitung C durchströmt, um das Expansionsgefäß V wieder aufzufüllen. Dieses Expansions gefäß V besteht ebenso wie die Leitung C aus einem Material, das den thermischen Wärmeaustausch begünstig; beide sind an einer Stelle im Fahrzeug angeordnet, die gut durchlüftet bzw, stark von Luft durchströmt wird. Die Leitung C wird vorzugsweise mit Flügeln 8 ausgerüstet sein, was zusätzlich den Wärmeaustausch begünstigt.

Es erfolgt definitiv eine Übertragung einer Wärmeenergie mit einer konstanten Temperatur, die in der Nähe der Trägheit des Motors liegt.

Da das Phänomen einer starken überhitzung auf eine hohe Temperatur nur nebengeordnet ist und sich im Prinzip nur in kurzen Zeitintervallen wiederholt, ist die oben beschriebene Anordnung jederzeit bereit, anzulaufen, und zwar so-baldals die Temperatur schwelle der Flüssigkeit erreicht wird, und dies trotz des geringen Inhaltes des Expansionsgefäßes V, der etwa 1 bis 2 Liter beträgt.

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Weil das Problem einer wirksamen Kühlung im vorliegenden Falle gelöst ist, ist es nicht mehr erforderlich, bei der Konstruktion des Kühlers R mit Flügelrohrbühdeln große Zwischenräume zwischen den Flügeln vorzusehen, "um eine wirksame Durchströmung'' mit Kühlluft zu ermöglichen. Erfindungsgemäß können die Flügel enger beieinander angeordnet sein oder, mit anderen Worten, die Teilung verringert sein, was eine bessere Leistung bzw. bessere Leistungen des Kühlers bei hoher Leistung des Motors gestattet, ohne daß Schaden oder Probleme bei der Kühlung im Betrieb bei niedriger Leistung zu befürchten sind.

In obigen Ausführungen ist die Erfindung ■ · an Hand des Überganges von Vollast eines Motors auf niedere Leistung beschrieben worden. Dabei treten dementsprechend starke Temperaturerhöhungen auf, die von der Thermosonde 7 zwecks Einschaltens der Hilfspumpe 2 detektiert werden. Natürlich treten die gleichen Phänomene auch dann auf, wenn nach einer niedrigen Leistung der Motor ganz abgeschaltet wird, z.B. wenn das Fahrzeug in der Garage abgestellt wird: in diesem Falle wird die Hilfspumpe 2 ebenfalls anlaufen, wenn eine überhitzung detektiert wird.

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Claims

Gesuch vom 16.5.1981

Hohonhölen 5

Telefon: (03382)2042

Tologramin-Adresse: Siedpatent Badganderslieim

Ansprüche

\ly Verfahren zur Verhinderung einer Überhitzung der Kühlflüssigkeit eines Kraftfahrzeugmotores aufgrund seiner thermischen Trägheit infolge einer plötzlichen Verringerung der Ventilation beim Verzögern oder beim Anhalten des Fahrzeugs, welche Flüssigkeit in einem herkömmlichen hydraulischen Kühlkrei-slauf mit einer Pumpe und mit einem mit einem Expansionsraum versehenen Kühler strömt, dadurch gekennzeichnet, daß in den hydraulischen Kühlkreislauf (L) am Eingang

Expansionsdes Motores (M) frische Flüssigkeit eingespritzt wird, die aus dem raum (V) entnommen und mittels einer kleinen Hilfspumpe (2) gefördert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Rückfluß der Flüssigkeit aus dem hydraulischen Kühlkreislauf (L) über die kleine Hilfspumpe (2) verhindert wird.

.2l.110.97i) ■ Postscheckkonto: Hannover 6B71S
3. Verfahren nach dem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzung der frischen Flüssigkeit in den hydraulischen Kühlkreislauf (L) stromaufwärts von der Hauptzirkulationspumpe

(P) erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzung der frischen Flüssigkeit in den hydraulischen Kühlkreislauf (L) mittels einer Detektionseinrichtung zur Bestimmung der Temperatur der Flüssigkeit in dem Kühlkreislauf (L) gesteuert -ward.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine forcierte Ventilation durch den Kühler (R) durch die Detektion der Temperatur gesteuert wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühler (R) über eine Leitung (C), di« mit den Wärmeaustausch begünstigenden Flügeln (8) versehen ist, mit dem Expansionsraum (V) verbunden ist, wobei diese Leitung (C) von einer Hilfsleitungsführung ( 1 bis 3) ausgeht, die die kleine Hilfspumpe (2) enthält.

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