DE3421284A1 - System zur regelung der kuehlmittel-temperatur einer waermekraftmaschine - Google Patents
System zur regelung der kuehlmittel-temperatur einer waermekraftmaschineInfo
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Description
- y r.
System zur Steuerung der Kühlmittel-Temperatur
einer Wärmekraftmaschine
einer Wärmekraftmaschine
ö
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein System zur Regelung der Kühlmittel-Temperatur einer Wärmekraftmaschine, insbesondere
eines Verbrennungsmotors und speziell ein mit geschlossener Schleife arbeitendes System zur Einstellung
der Temperatur eines Kühlmittels auf einen Sollwert, der sich in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen
der Wärmekraftmaschine ändert.
1^ Verbrennungsmotoren werden im weiten Umfang für den
Antrieb von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Um bei solchen Verbrennungsmotoren die Kühlmittel-Temperatur zu regeln,
wird ein Thermostat-Ventil, das sich bei einer bestimmten Temperatur, beispielsweise bei einer Temperatur
von 800C öffnet, im Kühlmittelkreislauf des Motors angeordnet,
der einen Kühler enthält. In diesem Fall wird das Kühlmittel näherungsweise bei einer Temperatur von
etwa 800C gehalten.
in neuerer Zeit ist eine Regeleinrichtung entwickelt
worden, die die Temperatur des Kühlmittels auf unterschiedlichen Werten hält, indem die Ventil-Öffnungstemperatur
des Thermostatventils in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors varriert wird.
Wenn bei dieser Regeleinrichtung der Motor mit geringer Last läuft, d.h./ die thermische Beanspruchung ist gering
und damit auch die Gefahr, daß sich der Motor überhitzt, so wird die Offnungsteitiperatur des Thermostatventils
erhöht, um damit auch die Kühlmittel-Temperatur zu erhöhen und die Wirtschaftlichkeit des Kraftstoffver-
brauches zu erhöhen und die Reinigung des Abgases zu verbessern; wenn andererseits der Motor mit hoher Last
läuft, so wird die Öffnungstemperatur des Thermostatventils
gesenkt, um die Kühlmitteltemperatur zu verringern und damit das Auftreten von Klopfen zu verhindern
und den "volumetrischen Wirkungsgrad" zu verbessern, wodurch wiederum die Leistungsabgabe des Motors erhöht
wird..
Eine Regeleinrichtung dieses Typs geht beispielsweise aus der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung hervor,
die unter der Nr. 54-142722 veröffentlicht worden ist; diese Regeleinrichtung soll unter Bezugnahme auf Fig.
1 beschrieben werden.
In einem Kühlmitteldurchgang 1 ist ein Thermostat 2
angeordnet. Dieser Thermostat 2 hat die folgende Funktionsweise: Wenn die Kühlmitteltemperatur ansteigt,
expandiert der im Innern des Thermostaten 2 enthaltene Wachs, wodurch Druckkräfte auf einen Kolben 3 ausgeübt
werden, um den Kolben gemäß der Darstellung in Fig. 1 nach oben zu schieben. Diese Bewegung des Kolbens
3 nach oben wird unterbrochen, wenn der Kolben 3 in Anlage an einen Aufnahmebereich 8 einer Steuerstange
7 einer Membrananordnung 6 kommt. Das weitere Herausschieben des Kolbens 3 aus dem Thermostaten 2 hat die
Wirkung, daß ein Ventil 4 gegen die Wirkung einer Rückführfeder 5 außer Eingriff mit seinem Ventilsitz 12
go kommt. Wenn die Steuerstange 7 gemäß der Darstellung
in Fig. 1 nach oben verschoben wird, ragt der Kolben 3 weiter aus dem Thermostaten 2 heraus, bis sich schließlich
das Ventil 4 von dem Ventilsitz 12 zu trennen begi nt.
Wenn also die Steuerstange 7 durch die Membran 9 angeho-
ben wird, wird das Ventil 4 erst dann geöffnet, wenn die Kühlmittel-Temperatur weiter ansteigt und der Kolben
3 weiter ausgefahren wird. Dies führt zu einer Erhöhung der Temperatur des Kühlmittels.
Der Unterdruck im Ansaugrohr dieses Motors beaufschlagt eine Unterdruckkammer 10 der Membrananordnung 6, die
auf die Membran 9 in der Weise wirkt, daß die Membran
in 9 gegen eine Membranfeder 11 angehoben wird.
Da beim Betrieb des Motors mit geringer Last der Unterdruck im Ansaugrohr hoch und beim Betrieb des Motors
mit hoher Last gering ist, wird die Steuerstange 7 beim Betrieb des Motors mit geringer Last gemäß der
Darstellung in Fig. 1 weiter angehoben.
Auf diese Weise erhöht sich beim Betrieb des Motors mit geringer Last die Temperatur, bei der das Ventil
4 geöffnet wird, während diese Temperatur beim Betrieb des Motors mit hoher Last abnimmt. Damit steigt also
die Kühlmitteltemperatur beim Betrieb mit geringer Last an und fällt beim Betrieb mit hoher Last. Wenn die Kühlmittel-Temperatur
erhöht werden soll, muß eine Membranfe-
__ der 11 mit hoher Federkraft benutzt werden, weil sie
2o
gegen eine Reaktionskraft, die auf die Membran 9 über die Steuerstange 7 ausgeübt wird, wenn das Ventil 4
gegen die Kraft der Rückführfeder 5 ausgeübt wird, auf die Membran 9 wirkt. Andererseits muß die Membran 9,
auf die der Unterdruck im Ansaugrohr gegen die Kraft der Membranfeder 11 wirkt, einen großen Druckwirkungsbereich
haben, wodurch sich wiederum eine starke Erhöhung der Größe und des Gewichtes der einzelnen Komponenten
ergibt. Deshalb nehmen also die Herstellungskosten zu, wenn die Temperatur des Kühlmittels auf einen hohen
Wert eingestellt werden soll. Außerdem haben die einzel-
nen Teile eine relativ kurze Lebensdauer, weil sie den Schwingungen des Motors ausgesetzt sind.
Ein weiteres Problem liegt in folgendem: Obwohl es also
im Prinzip möglich ist, die Kühlmitteltemperatur in Abhängigkeit von einer Änderung der Motorbelastung zu
variieren, besteht keine Möglichkeit, die Kühlmittel-Temperatur in Abhängigkeit von der Drehzah.l des Motors
zu ändern. Die herkömmliche Regeleinrichtung kann also
nicht die Anforderung erfüllen, daß die Temperatur des Kühlmittels verringert werden sollte, wenn die Drehzahl
des Motors zunimmt, und zwar auch bei der gleichen Motorbelastung.
Unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 sollen nun
zwei herkömmliche Techniken für die Installation eines Thermostaten beschrieben werden. Fig. 2 zeigt eine sogenannte
"Auslaßregelung11 und Fig. 3 die sogenannte "Ein-2Q
laßregelung".
Wie man aus Fig. 2 erkennt, ist ein Thermostatventil 2A in einem Auslaßdurchgang 15 angeordnet, durch den
ein relativ heißes Kühlmittel, das den Hauptkörper 13
2g des Motors gekühlt hat, zu einem Kühler 14 strömt. Ein
Bypaß-Durchgang 16, d.h., ein Durchgang, der den Kühler
14 umgeht, zweigt von einer Stelle in Strömungsrichtung gesehen vor diesem Thermostatventil 2A ab und ist mit
einem Zwischenbereich eines Einlaßdurchganges 18 verbun-
g0 den, durch den ein relativ kühles Kühlmittel, dessen
Wärme nach dem Durchgang durch den Kühler 14 abgeführt worden ist, zu einem Wassermantel (nicht dargestellt)
des ^auptkörpers 13 des Motors strömt; dieses Kühlmittel
·■ '.τ^ durch eine Pumpe 17 umgewälzt.
Wenn bei diesem Regelaufbau die Öffnungstemperatur des
Thermostatventils 2Α auf einen hohen Wert eingestellt wird, nimmt die Differenz zwischen der Temperatur, bei
der der Thermostat 2A geöffnet wird, und der Temperatur,
bei der der Thermostat 2A geschlossen wird, zu, wie man in Fig. 4 erkennt, wodurch wiederum das Auftreten
des sogenannten "Pendel-Effektes" verstärkt wird.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist ein Thermostatventil
2B in einem Einlaßdurchgang 18 an einer Stelle in Stromungsrxchtung gesehen unmittelbar vor einer Abzweigung
angeordnet, an der sich ein Bypass-Durchgang 16 mit dem Einlaßdurchgang 18 verbindet.Da das Thermostatventil
2B die Temperatur des Kühlmittels feststellt, die sich aus dem Mischen eines relativ kalten Kühlmittels,
dessen Wärme über den Kühler 14 abgeleitet worden ist, mit dem relativ heißen, von dem Bypass-Durchgang
16 kommenden Kühlmittel ergibt, läßt sich das Auftreten des oben erwähnten "Pendeleffektes" verringern. Weil
_n bei dieser Regeleinrichtung jedoch der von der Wasserpumpe
17 erzeugte Unterdruck auf das Thermostatventil 2B in Richtung eines öffnens dieses Ventils wirkt, müssen
die Federkonstante und die Federbelastung der Ventil-Rückführfeder
auf einen ausreichend hohen Wert einge-
oc. stellt werden, um eine Uberkühlung des Kühlmittels zu
verhindern. Um diese Anforderungen zu erfüllen, muß das Thermostatventil 2B eine große Membrananordnung
verwenden.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Regeleinrichtung der angegebenen Gattung zu schaffen, bei
der die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten.
Insbesondere soll eine Regeleinrichtung für die Kühlmittel-Temperatur
einer Wärmekraftmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors, vorgeschlagen werden, die
exakt auf unterschiedliche Kühlmittel-Temperaturen eingestellt werden kann, die vorher für verschiedene Betriebsbedingungen
des Motors vorgegeben worden sind, um die wirtschaftliche Ausnutzung des Kraftstoffes zu verbessern,
die Reinigung des Abgases zu vereinfachen und den Wirkungsgrad des Motors zu erhöhen; außerdem soll
die Verwendung eines kompakten Stellgliedes (Membrananordnung) möglich sein.
10
10
Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden
Tail des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht.
Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß die Kühlmittel-Temperatur exakt
auf unterschiedliche Sollwerte mittels eines Regelsystems eingestellt werden kann, das Fühler für die Feststellung
der Betriebsbedingungen des Motors, eine Einrichtung für die Erzeugung einer Soll-Temperatur bei
den festgestellten Betriebsbedingungen, einen Temperaturfühler für die Feststellung der Ist-Temperatur des Kühlmittels
und eine Einrichtung zur Regelung der Strömungsgeschwindigkeit des durch einen Kühler strömenden Kühlmittels
in der Weise aufweist, daß die Differenz zwischen der Ist-Temperatur und der Soll-Temperatur des
Kühlmittels verringert wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematise
on Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fit,. 1 einen Schnitt durch eine herkömmliche
Steuereinrichtung für die Kühlmittel-Tempe-
ratur einer Wärmekraftmaschine,
Fig. 2 und 3 Schnittansichten von zwei Beispielen der räumlichen Anordnung eines von einem
Thermostaten gesteuerten Ventils in einem Kühlmittel-Kreislauf,
Fig. 4 graphische Darstellungen der Änderung der Kühlmittel-Temperatur über der Zeit bzw.
der Änderung des Abhebens des Ventils über der Zeit, die mit der Regeleinrichtung
nach Fig. 2 für einen Verbrennungsmotor erhalten wurden, der unter Straßenbedingungen
bzw. Straßenlast bei 40 km/h läuft,
Fig. 5 teilweise im Schnitt eine Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Regelsystem
nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6 eine Membran als ein Beispiel eines Stellgliedes,
Fig. 7 eine graphische Darstellung eines Beispiels einer Tabelle, die verschiedene Sollwerte
für die Kühlmittel-Temperatur enthält,
Fig. 8 ein Flußdiagramm der Regelroutine, die von dem Regelsystem ausgeführt wird,
Fig. 9 graphische Darstellungen, die Fig. 4 ähneln
und eine Regelkennlinie zeigen, die mit dem System nach der vorliegenden Erfindung
erhalten wurde, und
Fig. 10 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 5 einer
O ·, Z ι ζ. ü
- a- f /?,
ι
zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Regelsystems.
Im folgenden soll unter Bezugnahme auf die Figuren 5 bis 9 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Regelsystems beschrieben werden.
Wie man aus Fig. 5 erkennt, ist ein Strömungsregelventi 1
1^ 20 in einem Auslaßdurchgang 15 an einer Stelle in Strömungsrichtung
gesehen unmittelbar hinter einer Verzweigung angeordnet, an der ein Bypass-Durchgang 16 von
dem Auslaß mit dem Einlaßdurchgang 15 abzweigt.
!5 Der Auslaßdurchgang 15 empfängt ein relativ heißes Kühlmittel,
das durch den Hauptkörper 13 des Motors geströmt ist; von dem Auslaßdurchgang 15 gelangt das Kühlmittel
zu einem Kühler 14, wo die Wärme aus dem Kühlmittel abgeleitet und verteilt wird. Das relativ kalte Kühlmittel
von dem Kühler 14 fließt unter der Wirkung einer Wasserpumpe 17 durch einen Auslaßdurchgang 18 zum Hauptkörper
13 des Verbrennungsmotors. Ein Ende des Bypass-Durchgangs 16 ist mit dem Einlaßdurchgang 15 und das
gegenüberliegende Ende mit dem Auslaßdurchgang 18 verbunden, wodurch der Kühler 14 umgangen wird. Deshalb definieren
der Auslaßdurchgang 15, der Kühler 14, der Einlaßdurchgang 18, der Bypass-Durchgang 16 und die Wasserpumpe
17 wenigstens einen Teil eines Kühlmittel-Kreislaufes.
Das Strömungsregelventil 20 wird durch Unterdruck betätigt, d.h., es wird in Abhängigkeit von dem Unterdruck
betrieben, der durch einen Unterdruckregler 21 eingesi
slit wird. Das Strömungsregelventil 20 enthält ein Ventilelement 23, das über eine Stange 24 mit einer
Membran 25 verbunden ist, sowie eine Feder 28, die da?»
Q / -) 'I Q Q /
Ventilelement 23 in Richtung seiner Öffnung vorspannt. Das Ventilelement 23 wirkt mit einem Sitzbereich 22
zusammen, der in dem Auslaßdurchgang 15 ausgebildet ist, um den Auslaßdurchgang 15 zu öffnen oder zu schließen.
Die gemäß der Darstellung in Fig. 5 rechte Seite der Membran 25 wird durch das Kühlmittel beaufschlagt, das
von der Wasserpumpe 17 abgegeben wird, während ihre gemäß der Darstellung in Fig. 5 linke Seite eine Unterdruckkammer
26 definiert, die mit dem unterdruckregler 21 in Verbindung steht. Die Feder 28 ist in der Unterdruckkammer
26 angeordnet; ein Ende der Feder 28 wirkt auf die Membran, um das Ventilelement 23 in Richtung
einer Ventilöffnung vorzuspannen.
Der Unterdruckregler 21 weist eine Druckregeleinheit 30 und eine Solenoideinheit 32 auf; die Druckreglereinheit
30 hält den Unterdruck im Ansaugrohr des Motors, der den Regler beaufschlagt, auf einem vorgegebenen
Wert (beispielsweise auf -120 mmHg), während die Solenoideinheit 32 den Unterdruck modifiziert, bei dem das
Strömungsregelventil 20 in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal, das von einer noch zu erläuternden
Regeleinrichtung 31 zugeführt wird, betätigt werden kann.
Der Unterdruck vom Ansaugrohr des Verbrennungsmotors
g0 13 beaufschlagt über ein Rohr 33 eine Düse 33A, die
durch ein Ventilelement 34A geschlossen oder geöffnet wird; dieses Ventilelement 34A befindet sich fest auf
einer Membran 34, die auf einer Seite eine Regelkammer 35 und auf der gegenüberliegenden Seite eine unter Atmosphärendruck
stehende Kammer 36 definiert, die nach
außen, also zur Umgebung hin, offen ist. Federn 37 und
38 spannen die Membran 34 in entgegengesetzte Richtungen vor.
Die Regel kammer 35, deren Düse 33 A mit der Quelle für
den Unterdruck im Ansaugrohr in Verbindung steht, weist ein weiteres Rohr 39 auf, das mit einer Öffnung 40 versehen
ist. Das Rohr 39 ist mit einer Düse 39 A ausgebildet, die mit einem durch ein Solenoid 41 betätigbaren
Ventilelement 42 zusammenwirkt. Von einer Stelle des Rohrs 39 zwischen der Öffnung 40 und der Düse 39 A
zweigt eine Unterdruckleitung 43 ab und führt zu der Unterdruckkammer 26 des Strömungsregelventils 20,
Das Ventilelement 42 ist fest auf einer Membran 44 ange-1^
bracht und wirkt mit dem Solenoid bzw. Elektromagneten 41 in der Weise zusammen, daß bei einer Erregung des
Solenoids 41 das Ventilelement 42 die Düse 39 A öffnet, wodurch atmosphärische Luft die Unterdruckleitung 43
beaufschlagt, während bei einer Entregung des Solenoids das Ventilelement 42 die Düse 39 A wegen der Vorspannung
der Membran 44 schließt, so daß sich in der Unterdruckleitung 43 der gleiche Unterdruck wie in der Regelkammer
entwickeln kann.
Ein Temperaturfühler 45 ist in dem Einlaßdurchgang 18
an einer Stelle in Strömungsrichtung gesehen hinter einer Abzweigung angeordnet, an der der Bypass-Durchgang
16 auf den Einlaßdurchgang 18 stößt. Das Ausgangssignal des Fühlers 45 wird auf die Regeleinrichtung 31 gegeben.
Die Regeleinrichtung 31 empfängt auch Ausgangssignale ve ■ einem Fühler 46 am Ansaugrohr, der den Unterdruck
im Ansaugrohr ermittelt, sowie von einem Fühler 47 die Γ rehzahl des Motors. Die Ausgangssignale dieser Fühler
46 und 47 dienen dazu, die Betriebsbedingungen des Motors festzustellen.
Die Regeleinrichtung 31 weist im wesentlichen den aus Fig. 6 ersichtlichen Mikrocomputer auf. Dieser Mikrocomputer
enthält ein Eingabe/Ausgabe-Interface 50, einen
_ Lesespeicher ROM 51, der verschiedene Solltemperaturen
ο
des Kühlmittels für die verschiedenen Betriebsbedin gungen in Form der aus Fig. 7 ersichtlichen Tabelle speichert,
und eine Zentraleinheit CPU 52.
Fig. 8 zeigt ein Flußdiagramm einer Betriebsroutine des Mikrocomputers. In den Schritten Pl, P2 und P3 werden
die festgestellte Ist-Temperatur TWl des Kühlmittels, der festgestellte Unterdruck Pm im Ansaugrohr
bzw. die festgestellte Drehzahl RPM des Motors jeweils von den entsprechenden Fühlern 45, 46 und 47 ausgelesen.
Im Schritt P4 wird, basierend auf dem unterdruck Pm im Ansaugrohr und der Drehzahl RPM des Motors, die bei
den vorherigen Schritten ausgelesen worden sind, aus der Tabelle nach Fig. 7 eine Soll-Temperatur TW2 des
Kühlmittels gewonnen. Im Schritt P5 wird die Ist-Tempera-20
tür TWl des Kühlmittels mit seiner Soll-Temperatur TW2
verglichen. Wenn die Ist-Temperatur TWl größer als oder gleich der Soll-Temperatur TW2 ist, geht die Regelung
zum Schritt P7 bei dem ein elektrischer Strom durch das Solenoid bzw. den Elektromagneten 41 des Onterdruck-
reglers 21 fließen kann, um diesen zu erregen; ist jedoch
die Ist-Temperatur TWl kleiner als die Soll-Temperatur TW2, so geht die Regelung zum Schritt P6, bei
dem die Zuführung des elektrischen Stroms zu dem Solenoid 41 unterbrochen wird, um dieses zu entregen.
Die Zuführung des elektrischen Stroms zu dem Solenoid 41 bewirkt, daß das Ventilelement 42 die Düse 39 A Öffnet;
dadurch kann atmosphärische Luft über die Unterdruckleitung 43 in die Unterdruckkammer 26 des Strömungsregelventils
20 eindringen, wodurch wiederum der Unter-
. - 45' i -"'. Ί 1 - c- -f
druck in der Unterdruckkammer 26 verringert wird. Dies führt dazu, daß das Regelventil 20 sich weiter öffnet.
Wenn das Regelventil 20 seine Öffnung vergrößert,
nimmt 3ie Strömungsgeschwindigkeit des durch den Kühler 5
14 fließenden Kühlmittels zu, wodurch wie.derum die Kühlmitteltemperatur
des Kühlmittels abgesenkt wird, das dem Hauptkörper 13 des Motors zugeführt Werden soll.
Wird die Zuführung des elektrischen Stroms unterbrochen, so wird die Düse 39 A geschlossen und der Unterdruck
in der Unterdruckkammer 26 nimmt zu. Dadurch verringert das Regelventil 20 seinen Öffnungsgrad, wodurch die
Strömungsgeschwindigkeit des durch den Kühler 14 fließenden Kühlmittels verkleinert wird; dies führt wiederum
zu einem Anstieg der Temperatur des Kühlmittels.
15
15
Das System mit dem oben beschriebenen Aufbau hat die
folgende Funktionsweise: In Abhängigkeit von den Signalen, die von dem Fühler 46 für den Unterdruck am Ansatzrohr
und dem Fühler 47 für die Drehzahl des Motors zuge-20
führt werden, ermittelt die Regeleinrichtung 31 aus der Tabelle nach Fig. 7 die Soll-Temperatur des Kühlmittels,
die diesen Betriebsbedingungen zugeordnet ist.
Aus der Tabelle nach Fig. 7 erkennt man folgenden Zusam-25
menhang zwischen den verschiedenen Parametern: Wenn der Motor bei niedrigen Drehzahlen mit niedriger BeIa stung
läuft, wird als Soll-Temperatur des Kühlmittels ein hoher Temperaturwert eingestellt. Andererseits wird
als Soll-Temperatur des Kühlmittels ein niedriger Tempe-30
raturwert eingestellt, wenn der Motor bei hoher Drehzahl mit hoher Last läuft. Sogar bei gleicher Motorlast wird
di" Soll-Temperatur des Kühlmittels zur Seite niedriger
Temperaturen hin verschoben, wenn die Drehzahl des Mo- *■
>rs zunimmt; das Ausmaß der Verschiebung von der Seite hoher Temperaturen zur Seite niedriger Temperaturen
nimmt mit einer Erhöhung der Motorlast zu.
Nach der Ermittlung der Soll-Temperatur des Kühlmittels aus der Tabelle nach Fig. 7 vergleicht die Regeleinrichtung
31 die festgestellte Ist-Temperatur TWl des Kühlmittels mit der Soll-Temperatur TW2.
Wenn die Soll-Temperatur TW2 des Kühlmittels auf einen hohen Wert eingestellt wird, wie es beispielsweise für
den Betrieb bei niedrigen Drehzahlen und niedriger Last erforderlich ist, ist die Ist-Temperatur TWl des Kühlmittels
niedriger als die Soll-Temperatur TW2, Dann unterbricht die Regeleinrichtung 31 die Stromzufuhr
zu dem Solenoid 41, so daß das Ventilelement 42 die Düse 39 A schließen kann; dadurch beaufschlagt der Unterdruck
in der Regelkammer 35 die Unterdruckkammer 26, so daß die Membran 25 das Ventilelement 23 gegen die
Rückführfeder 28 drückt; dadurch wird der Öffnungsgrad des Regelventils 20 verringert oder zu Null gemacht.
Dies führt wiederum zu einer Verringerung der Strömung des durch den Kühler 14 fließenden Kühlmittels, wodurch
die Temperatur des Kühlmittels zunimmt, die im Kreislauf durch einen Wassermantel (nicht dargestellt) den Hauptkörper
13 des Motors geführt wird.
Diese Temperatur wird von dem Fühler 45 festgestellt, dessen Ausgangssignal auf die Regeleinrichtung 31 zurückgekoppelt
wird.
Wenn die Ist-Temperatur TWl des Kühlmittels seine Soll-Temperatur übersteigt, ermöglicht die Regeleinrichtung
31 wieder eine Stromzufuhr zu dem Solenoid 41, so daß das Ventilelement 42 des Unterdruckreglers 21 die Düse
39 A öffnen kann, wodurch der das strömungsregelventil 20 beaufschlagende unterdruck verringert wird. Dadurch
kann die Rückführfeder 28 das Ventilelement 23 des Steuerventils 20 in Richtung einer Öffnung des Ventils
verschieben, wodurch das Ventilelement 23 außer. Eingriff mit dem Sitzbereich 22 kommt. Dadurch nimmt wiederum
die Strömungsgeschwindigkeit des durch den Kühler 14 fließenden Kühlmittels zu, wodurch sich ein Absinken
der Kühlmitteltemperatur ergibt. Wenn andererseits die Ist-Temperatur TWl wieder unter die Soll-Temperatur
TW2 absinkt, wird das Regelventil 20 wieder geschlossen. Durch Widerholung dieser Abläufe nähert sich schließlich
die Ist-Temperatur des Kühlmittels der Soll-Temperatur für niedrige Drehzahlen und niedrige Last des Motors.
Wenn andererseits der Motor bei hohen Drehzahlen mit hoher Last läuft, wird die Soll-Temperatur TW2 des Kühlmittels
zu niedrigen Temperaturen hin verschoben.
In diesem Zustand ermöglicht die Regeleinrichtung 31 die Stromzufuhr zu dem Solenoid 41 des Unterdruckreglers
21, so daß der Öffnungsgrad des Strömungsregelventils 20 zunimmt. Dies führt wiederum zu einer Erhöhung der
Strömungsgeschwindigkeit des durch den Kühler 14 fließenden Kühlmittels, wodurch die Temperatur des Kühlmittels
abnimmt.
25
25
Da wegen dieser Rückkopplung der Öffnungsgrad des Regelventils 20 geändert wird, wenn die Ist-Temperatur TWl
des Kühlmittels von seiner Soll-Temperatur TW2 abweicht, wird sogar dann die Temperatur des Kühlmittels mit
großer Genauigkeit auf den gewünschten Wert eingestellt, wenn sich dieser gewünschte Wert bei Variationen der
Bfhriebsbedingungen des Motors ändert. Dies kann man
leicht aus den grafischen Darstellungen nach Fig. 9
aleiten.
35
35
Da bei dieser Ausfiihrungsform das Stromungsregelventil
20 auf der Auslaßseite der Wasserpumpe 17 angeordnet ist, kann das Auftreten von Kavitationen, die durch
(. nicht ausreichende Ansaugkraft der Wasserpumpe 17 erzeugt
werden können, vermieden werden.
Obwohl bei dieser Ausführungsform das Betätigungssignal
für den Elektromagneten, das an den Unterdruckregler
21 angelegt wird, die sogenannte "BIN/AUS-"Porm" hat,
also mit einer Zweipunktregelung arbeitet, kann das Solenoid bzw. Elektromagnet 41 auch durch Änderung des
EIN/AüS-Tastzyklus der elektrischen Impulse, die an das Solenoid 41 angelegt werden, mit vorgegebener Frequenz
betätigt werden. Im zuletzt erwähnten Fall kann
die Temperatur des Kühlmittels auf jeden beliebigen Soll-Wert mit geringer Abweichung eingestellt werden.
Bei der zweiten, in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform ist das Strömungsregelventil 20 in dem Einlaßdurchgang
18 an einer Stelle in Strömungsrichtung gesehen vor der Abzweigung angeordnet, an der der Bypass-Durchgang
16 in den Einlaß-Durchgang 18 mündet.
In diesem Fall wird, ähnlich wie bei der oben beschriebe-25
nen, ersten Ausführungsform der Offnungsgrad des Regelventils
20 durch Rückkopplung in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal eines Temperaturfühlers geregelt. Dadurch
kann die Temperatur des Kühlmittels auf dem optimalen
Wert für jeden Betriebszustand gehalten werden.
30
30
Obwohl bei der zweiten Ausführungsform das Ventilelement
23 des Strömungsregelventils 20 dem Ansaugdruck der Wasserpumpe 17 ausgesetzt und das Ventilelement 23 außerdem
in Richtung einer Ventilöffnung vorgespannt ist, wird die aus dem Ansaugdruck der Wasserpumpe 17 abgelei-
tete Kraft zumindest teilweise ausgeglichen, weil der
Unterdruck am Ansaugrohr die Membran 25 beaufschlagt, die im wesentlichen die gleiche Wirkdruckfläche wie
das Ventilelement 23 hat, um eina Kraft zu erzeugen, die entgegen der Öffnungsrichtung des Ventils wirkt.
Das Strömungsregelventil 20 arbeitet also in guter Abhängigkeit von dem Regelunterdruck, der die Unterdruckkammer
2.6 beaufschlagt, ohne die effektive Wirkdruck-10
fläche der Membran 25 zu erhöhen. Außerdem wird der
Öffnungsgrad des Regelventils 20 durch eine Änderung des Ansaugdruckes bei einer Schwankung der Umdrehungsgeschwindigkeit
der Wasserpumpe 17 weniger beeinflußt.
Wie oben beschrieben wurde, läßt sich also entsprechend dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung die Temperatur
des Kühlmittels mit guter Genauigkeit auf unterschiedliche Soll-Werte einstellen, und zwar in Abhängigkeit
von unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Mo-
tors, wodurch es möglich wird,., die Wirtschaftlichkeit
des Kraftstoffverbrauches und die Reinheit des Abgases ohne nachteilige Auswirkungen auf das Betriebsverhalten
bzw. den Wirkungsgrad des Motors zu verbessern.
Da der Temperaturfühler unabhängig von dem Strömungsregelventil
vorgesehen ist, kann außerdem das Strömungsregelventil mit guter Genauigkeit sogar dann betätigt
werden, wenn es im Einlaß oder im Auslaß des Kühlmittel-Kreislaufes installiert wird. Weiterhin werden keine
besonderen Anforderungen an den Aufbau und an die Struktur des Regelventils gestellt, so daß jeder beliebige
St-ömungsregelventiltyp eingesetzt werden kann. Insbesondere
kann auch ein Strömungsregelventil mit einem Mem-μcan-Stellglied
verwendet werden, wodurch es möglich
wird, die Größe des Ventilstellgliedes des Strömungsregelventils
zu verringern.
- Leerseite -
Claims (4)
1.) System zur Regelung der Temperatur eines Kühlmittels,
das in einem Kreislauf durch den Hauptteil einer Wärmekraftmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors,
geführt wird, gekennzeichnet durch einen Kühlmittelkreis mit einem Kühler (14), mit einem
Auslaßdurchgang (15), der das relativ heiße Kühlmittel von dem Hauptteil (13) der Wärmekraftmaschine dem Kühler
(14) zuführt, mit einem Einlaß- Durchgang (18), der das relativ kalte Kühlmittel von dem Kühler (14) dem
Hauptteil (13) der Wärmekraftmaschine zuführt, und mit einem Bypass-Durchgang (16), von dem ein Ende mit- dem
Auslaß-Durchgang (15) und das gegenüberliegende Ende mit dem Einlaß-Durchgang (18) verbunden sind, um das relativ
heiße Kühlmittel direkt unter Umgehung des Kühlers (14) dem relativ kalten Kühlmittel zuzuführen, weiterhin durch
einen in dem Kühlmittel-Kreislauf angeordneten Temperaturfühler (45) für die Feststellung der Ist-Temperatur
des Kühlmittels in dem Kühlmittel-Kreislauf und zur Erzeugung eines die Ist- Temperatur anzeigenden Signals,
durch eine Einrichtung (46, 47) zur Feststellung der Betriebsbedingungen der Wärmekraftmaschine, durch eine
Einrichtung zur Bestimmung der Soll-Temperatur des Kühlmittels für die festgestellten Betriebsbedingungen
und zur Erzeugung eines die Soll-Temperatur des Kühlmittels anzeigenden Signals, durch eine Einrichtung für den
Vergleich des die Ist- Temperatur des Kühlmittels anzeigenden Signals mit dem die Soll-Temperatur des
Kühlmittels anzeigenden Signal, und durch eine auf das Vergleichsergebnis ansprechende Einrichtung zur Regelung
der Strömungsgeschwindigkeit
des durch den Kühler (14) fließenden Kühlmittels in der Weise, daß die Differenz zwischen dem die Ist-Temperatur
des Kühlmittels anzeigenden Signal und dem die Soll-Temperatur des Kühlmittels anzeigenden Signal verringert
wird.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung ein Stromungsregelventil mit einem
in dem Kühlmittel-Kreislauf angeordneten Ventilelement und mit einem Stellglied mit einer eine Unterdruckkammer
bildenden Membran für die Betätigung des Ventilelementes in Abhängigkeit von dem Steuerunterdruck in der Unterdruckkammer,
einen Unterdruckregler für die ERzeugung des Regelunterdrucks in Abhängigkeit von einem angelegten,
elektrischen Signal und einen Regler für die Erzeugung des elektrischen Signals aufweist.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement des Strömungsregelventils in dem Auslaß-Durchgang
an einer Stelle in Strömungsrichtung gesehen vor einer Abzweigung angeordnet istf an der der
Bypass-Durchgang (16) mit dem Auslaß-Durchgang verbunden ist, und daß der Temperaturfühler (45) in dem Einlaß-Durchgang
an einer Stelle in Strömungsrichtung gesehen hinter einer Abzweigung vorgesehen ist, an der der
Bypass-Durchgang (16) mit dem Einlaß-Durchgang verbunden ist.
4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement des Strömungsregelventils in dem Einlaß-Durchgang
an einer Stelle in Strömungsrichtung gesehen vor einer Abzweigung angeordnet ist, an der der
Bypass-Durchgang (16) mit dem Einlaß-Durchgang verbunden ist, und daß der Temperaturfühler (45) in dem Einlaß-Durchgang
an einer Stelle in Strömungsrichtung gesehen
hinter dem Ventilelement des Strömungsregelventils angeordnet ist.
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