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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen eines
Kraftfahrzeug-Motors.
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Insbesondere
betrifft die Erfindung eine Kühlvorrichtung
mit einem Hydraulikkreis für
ein flüssiges
Kühlmittel,
zu dem eine Umlaufpumpe gehört, die
das Kühlmittel
durch den Motor des Fahrzeugs und verschiedene Zweige des Kreises
pumpt. In den verschiedenen Zweigen des Kreises können thermische
Anlagen des Fahrzeugs angeordnet sein.
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Kühlsysteme
sorgen dafür,
dass die Motoren den thermomechanischen Belastungen durch die Verbrennung
standhalten. Neben der Hauptaufgabe der Kühlung des Motors können sie
zusätzliche Funktionen übernehmen,
um den globalen Wirkungsgrad zu verbessern oder den Benutzern des
Fahrzeugs Leistungen wie beispielsweise das Heizen des Fahrgastraums
zu bieten.
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Kühlsysteme
sind nur für
die Betriebspunkte bei maximaler Drehzahl und bei Volllast des Motors ausgelegt
und damit für
die meisten Fälle
der Verwendung der Fahrzeuge überdimensioniert.
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Somit
werden die Funktionsparameter des Motors nicht optimiert und seine
Leistungen verschlechtern sich, was sich in einem erhöhten Verbrauch,
hohen Schadstoffemissionen sowie einer Verringerung des thermischen
und akustischen Komforts des Fahrzeugs niederschlägt.
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Die
US 5 215 044 beschreibt
ein Kühlsystem für ein Fahrzeug
mit Verbrennungsmotor, das mehrere Kühlkreise aufweist, die Wärmetauschern
zugeordnet sind und Temperatursonden besitzen, welche mit einer
Schaltvorrichtung verbunden sind. Ein Mikroprozessor bestimmt den
Bedarf an Kühlleistung der
verschiedenen Kreise abhängig
von den Signalen der Temperatursonden und beeinflusst individuell die
Leistung der betreffenden Tauscher. Das System umfasst insbesondere
einen Kreis zum Kühlen
des Motoröls
mit einem ersten Wärmetauscher
in thermischem Austausch mit der Luft. Der Kühlkreis des Motors kann über Leitungen
mit verschließbaren
Ventilen mit einem zweiten Tauscher verbunden sein, der sich im
Kreis zum Kühlen
des Motoröls
befindet.
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Dieses
System ist jedoch komplex aufgebaut und verwendet eine Vielzahl
an gemessenen Zustandsgrößen, ohne
deshalb die Wärmetausche
mit dem Motoröl
zu optimieren.
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Darüber hinaus
beschreibt Matthias Banshaf in einem im September 1993 in ATZ Automobiltechnische
Zeitschrift, Beilage, erschienen Artikel mit dem Titel „Der Intelligente
Kühlkreislauf,
ein neues Konzept für
die Motorkühlung" ein System zum Kühlen eines
Motors mit einer Regelung des Durchsatzes an Kühlflüssigkeit für einen beschleunigten Temperaturanstieg
des Öls
und das Halten der Temperatur des Öls um eine Referenztemperatur
herum.
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Kühlen eines
Kraftfahrzeug-Motors vorzuschlagen, das alle oder einen Teil der
oben erwähnten
Nachteile des Stands der Technik behebt.
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Dieses
Ziel wird durch die Merkmale nach Anspruch 1 erreicht.
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Eine
andere Besonderheit des Verfahrens besteht darin, dass es einen
Schritt umfasst, in dem die Temperatur der Kühlflüssigkeit bestimmt wird, sowie
einen Schritt, in dem die Zirkulation des Fluids im ersten Zweig
des Kreises begrenzt oder angehalten wird, wenn die Temperatur des
Fluids unter einer bestimmten ersten Grenztemperatur liegt.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum
Kühlen
eines Kraftfahrzeug-Motors vorzuschlagen, die alle oder einen Teil der
oben erwähnten
Nachteile des Stands der Technik behebt.
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Dieses
Ziel wird durch die Merkmale nach Anspruch 2 erreicht.
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Darüber hinaus
kann die Erfindung eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
- – Die
Informationserfassungsmittel können
die Temperatur der Kühlflüssigkeit
bestimmen, wobei die Steuermittel für die Begrenzung oder das Anhalten
der Zirkulation des Fluids im ersten Zweig des Kreises sorgen, wenn
die Temperatur des Fluids niedriger ist als eine bestimmte erste Grenztemperatur.
- – Wenn
die Temperatur der Kühlflüssigkeit
zwischen der ersten und der zweiten Grenztemperatur liegt, sorgen
die Steuermittel dafür,
dass das Fluid nur dann im ersten Zweig zirkuliert, wenn seine Temperatur
die Öltemperatur
um einen bestimmten zweiten Wert übersteigt.
- – Die
zweite Grenztemperatur beträgt
zwischen ungefähr
60 und 100 Grad.
- – Die
erste Grenztemperatur liegt zwischen ungefähr 20 und 60 Grad und legt
die Temperatur des Fluids fest, unter der der Zustand des Motors
als „kalt" bezeichnet wird.
- – Die
Steuermittel wirken mit den Erfassungsmitteln zusammen, um zum einen
die momentane Durchschnittsleistung des Motors und dann zum anderen
die erste Grenztemperatur in Abhängigkeit
von der momentanen Durchschnittsleistung und einer bestimmten Modellierung
der Funktionsweise des Motors zu berechnen, die seinen kalten Zustand
festlegt (erste Grenztemperatur in Abhängigkeit von der Durchschnittsleistung).
- – Der
erste Wert liegt in der Größenordnung
von üngefähr 1 und
6 Grad und entspricht vorzugsweise 2 Grad.
- – Der
zweite Wert liegt in der Größenordnung
von ungefähr
10 und 20 Grad und entspricht ungefähr 15 Grad.
- – Die
Referenztemperatur des Öls
liegt zwischen ungefähr
120 und 140 Grad und entspricht vorzugsweise ungefähr 130 Grad.
- – Das
erste Wirkglied lässt
sich ganz öffnen
und schließen.
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Weitere
Besonderheiten und Vorteile werden bei der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung deutlich,
die auf die Zeichnungen Bezug nimmt.
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1 zeigt
schematisch den Aufbau und die Funktionsweise eines ersten Ausführungsbeispiels der
erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung.
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2 zeigt
eine zweite Ausführungsart
der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung.
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3 zeigt
in einem Diagramm ein Beispiel für
die Änderung
der Temperatur T der Kühlflüssigkeit und
einer ersten Grenztemperatur T1 über die
Zeit t.
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4 zeigt
ein Beispiel für
die Änderung
der Temperatur Th des Motor-Schmieröls in Abhängigkeit von der Zeit t sowie
das Signal, das für
den geöffneten
Zustand O und den geschlossenen Zustand F des elektronisch gesteuerten
Wirkglieds des ersten Zweigs des Kreises steht.
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5 zeigt
die geöffneten
Zustände
O und die geschlossenen Zustände
F des Wirkglieds des Entgasungszweiges in Abhängigkeit von der Temperatur
T der Kühlflüssigkeit.
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6 zeigt
ein Beispiel für
die Änderung
der Periode P des Signals zum Steuern des Wirkglieds im Entgasungskreis
in Abhängigkeit
von der Temperatur T der Kühlflüssigkeit.
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7 zeigt
den Öffnungszustand
des Bypass-Ventils in Abhängigkeit
von der Temperatur T der Kühlflüssigkeit.
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8 zeigt
schematisch ein Beispiel für
die Kopplung der Öffnung
des Bypass-Ventils an die Öffnung
des Ventils eines Radiators.
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9 zeigt
zwei Beispiele für
die Änderung der
Drehgeschwindigkeit eines Lüftersatzes
in Abhängigkeit
von der Änderung
der Temperatur T der Kühlflüssigkeit.
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1 zeigt
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung.
Die Kühlvorrichtung
umfasst einen Hydraulikkreis 2, der ein flüssiges Kühlmittel
enthält.
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Der
Kreis 2 ist mit einer hydraulischen Pumpe 3 verbunden,
die für
die Zirkulation des Fluids durch den Motor 1 und verschiedene
Zweige 4, 5, 6, 7, 8, 44 des
Kreises 2 sorgt. Vorzugsweise ist die Pumpe 3 eine
mechanische Pumpe, aber auch die Verwendung einer elektrischen Pumpe
kann in Betracht gezogen werden.
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Die
Zweige 4, 5, 6, 7, 8, 44 des
Kreises 2 werden von einem Gehäuse 122 oder einem
Wasserausgangsgehäuse
(BSE) mit Kühlflüssigkeit
versorgt. Das am Motor 1 und vorzugsweise am Zylinderkopf
befestigte Gehäuse 122 sammelt
die Kühlflüssigkeit,
die den Motor 1 durchlaufen hat. Die Kühlflüssigkeit, die die Zweige durchlaufen
hat, wird von einem Wassereingangsbehälter 23 aufgefangen,
bevor sie wieder den Motor 1 durchläuft.
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Vorteilhafterweise
sind zumindest einige der Zweige 4, 5, 6, 7, 8, 44 des
Kreises 2 mit elektronisch gesteuerten Wirkgliedern 14, 15, 16, 17, 18, 29 zum Regeln
der Zirkulation des Fluids versehen. Die elektronisch gesteuerten
Wirkglieder sind beispielsweise Elektroventile. Darüber hinaus
umfasst die Vorrichtung Mittel 22 zum Erfassen von Informationen über die
Betriebsbedingungen des Fahrzeugs. Die Erfassungsmittel 22 sind
mit Mitteln 19 zum Steuern der Funktionsweise mindestens
eines Teils der Wirkglieder 14, 15, 16, 17, 18, 29 verbunden,
um das Volumen und den Durchsatz an Fluid im Hydraulikkreis 2 so
zu regeln, dass die Funktionsweise des Motors optimiert wird.
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Die
Steuermittel 19 oder die Datenverarbeitungseinheit können einen
beliebigen geeigneten Rechner 20 aufweisen, beispielsweise
eine zentrale Steuereinheit namens „Boîtier de Servitude Intelligent" (BSI). Der Rechner 20 ist
mit einer Datenspeichereinrichtung 21 verbunden, die beispielsweise
einen programmierbaren Speicher und/oder einen Nur-Lese-Speicher
umfasst. Der Rechner 20 ist außerdem mit Mitteln 22 zum
Erfassen von Informationen über
die Betriebsbedingungen des Fahrzeugs verbunden, die beispielsweise
verschiedene Sensoren oder andere Rechner umfassen, etwa einen Rechner
zum Steuern des Motors.
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Vorzugsweise
können
die Informationserfassungsmittel 22 mindestens einen der
folgenden Parameter bestimmen: die Drehzahl des Motors, das Drehmoment
des Motors, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, die Temperatur des
Motor-Schmieröls, die
Temperatur der Kühlflüssigkeit
des Motors, die Temperatur der Abgase des Motors, die Temperatur der
Außenluft
des Fahrzeugs und die Temperatur im Fahrgastraum. Die verschiedenen
Informationen über
die Betriebsbedingungen des Fahrzeugs werden vom Rechner 20 verarbeitet
und analysiert, um die Funktionsweise der Wirkglieder 14, 15, 16, 17, 18, 29 und
eventuell der Pumpe 3 zu steuern.
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Erfindungsgemäß hängt der
Durchsatz oder das Volumen an Kühlflüssigkeit,
die in den verschiedenen Zweigen 4, 5, 6, 7, 8, 44 des
Kreises 2 zirkulieren darf oder nicht, vom Erhitzungszustand
des Motors 1 ab. Beispielsweise lassen sich drei Zustände des
Motors 1 definieren: ein erster Zustand, in dem der Motor
als „kalt" bezeichnet wird,
ein zweiter Zustand, in dem der Motor 1 als „heiß" bezeichnet wird,
und ein dritter Zustand, der zwischen dem heißen und dem kalten Zustand
liegt.
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Vorzugsweise
wird der Wärmezustand
des Motors 1 anhand der Temperatur T der Kühlflüssigkeit,
insbesondere am Ausgang des Motors 1 ermittelt. So wird
der Zustand des Motors 1 als kalt bezeichnet, wenn die
Temperatur der Kühlflüssigkeit unter
einer bestimmten ersten Grenztemperatur T1 liegt.
Dagegen wird der Zustand des Motors 1 als heiß bezeichnet,
wenn die Temperatur T der Kühlflüssigkeit
höher ist
als eine bestimmte zweite Grenztemperatur T2.
Von einem „Zwischenzustand" des Motors 1 schließlich wird
ausgegangen, wenn die Temperatur der Kühlflüssigkeit zwischen der ersten
Grenztemperatur T1 und der zweiten Grenztemperatur
T2 liegt.
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Die
erste Grenztemperatur T1 und/oder die zweite
Grenztemperatur T2 können abhängig vom Typ des Motors 1 bestimmte
feste oder variable Werte sein. Vorzugsweise sind die erste Grenztemperatur
T1 und/oder die zweite Grenztemperatur T2 Variable, die vom Typ des Motors 1 und
von mindestens einem der Betriebsparameter des Motors 1 abhängen. Beispielsweise
hängen
die erste Grenztemperatur T1 und/oder die
zweite Grenztemperatur T2 von der vom Motor 1 gelieferten
Durchschnittsleistung Pm ab. Die Steuermittel 19 wirken
also mit den Erfassungsmitteln 22 zusammen, um die momentane Durchschnittsleistung
Pm des Motors 1 zu berechnen.
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Die
Steuermittel 19 berechnen dann die erste Grenztemperatur
T1 und/oder die zweite Grenztemperatur T2 in Abhängigkeit
von der momentanen Durchschnittsleistung Pm und einer bestimmten
Modellierung des Motors 1. Die Modellierung des Motors legt
den kalten, den heißen
und den Zwischenzustand (erste Grenztemperatur T1 und
zweite Grenztemperatur T2) abhängig von
seiner Durchschnittsleistung Pm fest.
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Die
folgende Gleichung ergibt die vom Motor zum Zeitpunkt t gelieferte
Momentanleistung P(t) in Kilowatt (kW):
wobei N der momentanen Drehzahl
des Motors in Umdrehungen pro Minute und C dem momentanen Drehmoment
des Motors in N.m entsprechen. Die Werte der Drehzahl N und des
Drehmoments C können
von den Datenerfassungsmitteln
22 gemessen werden, das
heißt
von geeigneten Sensoren. Herkömmlicherweise
beträgt
die Drehzahl N des Motors ungefähr
zwischen 0 und 6000 Um drehungen pro Minute, während das Drehmoment C zwischen
ungefähr
0 und 350 N.m liegt.
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Die
Steuermittel
19 berechnen dann die vom Motor zum Zeitpunkt
t gelieferte Leistung P(t) und seine Durchschnittsleistung Pm(t)
zum Zeitpunkt t. Die Durchschnittsleistung Pm(t) zum Zeitpunkt t
kann mit der folgenden Gleichung berechnet werden:
wobei Pm(t – 1) die
Durchschnittsleistung zum Zeitpunkt (t – 1) ist. Natürlich kann
die Durchschnittsleistung auch durch eine beliebige gleichwertige
Formel berechnet werden, zum Beispiel durch
wobei Pm(t – 1) die
Durchschnittsleistung zum Zeitpunkt (t – 1), P(t) die momentane Leistung
zum Zeitpunkt t und c und k Gewichtungskoeffizienten sind.
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Der
Rechner 19 und/oder die Datenspeichereinrichtung 21 können die
Modellierung der Funktionsweise des Motors 1 enthalten,
die seinen kalten, heißen
und Zwischenzustand (erster Grenzwert T1 und
zweiter Grenzwert T2) abhängig von
der Durchschnittsleistung Pm festlegt. Das bedeutet, dass für einen
gegebenen Motortyp empirisch und/oder durch Berechnung Entsprechungstabellen
erstellt werden, die die Grenztemperaturen T1 und
T2 in Abhängigkeit von der Durchschnittsleistung
Pm des Motors 1 angeben. Diese vom Motor abhängigen Tabellen
oder Modellierungen sind beispielsweise polynomische Funktionen.
Die erste Grenztemperatur T1 ist so im Allgemeinen
eine fallende Funktion der Durchschnittsleistung.
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Die
erste Grenztemperatur T1 kann zwischen ungefähr 20 und
60 Grad und vorzugsweise zwischen 30 und 50 Grad variieren. Die
zweite Grenztemperatur T2 kann zwischen
ungefähr
60 und 100 Grad variieren. Die zweite Grenztemperatur T2 ist
jedoch im Allgemeinen im Wesentlichen um den Wert von 80 Grad konstant.
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So
wirken die Steuermittel 19 mit den Datenerfassungsmitteln 22 zusammen,
um die Temperatur T der Kühlflüssigkeit
mit den beiden Grenztemperaturen T1 und
T2 zu vergleichen.
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Aus
Gründen
der Einfachheit kann der Wert der ersten Grenztemperatur T1 von den Steuermitteln 19 beibehalten
werden, sobald die gemessene Temperatur T der Kühlflüssigkeit die erste Grenztemperatur
T1 erreicht. 3 zeigt
in einem Diagramm ein Beispiel für
die Änderung über die
Zeit t sowohl der Temperatur T der Kühlflüssigkeit als auch der ersten Grenztemperatur
T1(Pm), die von der Durchschnittsleistung
abhängt.
Beim Bestimmen der Temperaturen T und T1(Pm)
stellt man fest, dass bei einer gegebenen Durchschnittsleistung
ab dem Moment, wo die Temperatur T des Fluids den ersten Grenzwert
T1 erreicht, dieser erste Grenzwert T1 nur wenig um eine Konstante T1f
variiert.
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In 1 umfasst
der Kreis 2 einen ersten Zweig 8, der mit einem
ersten elektronisch gesteuerten Wirkglied 18 versehen ist
und in dem ein Wasser/Öl-Tauscher 13 angeordnet
ist. Vorzugsweise funktioniert das erste Wirkglied 18 nach
dem Prinzip „alles
oder nichts". Die
Steuermittel 19 wirken mit den Erfassungsmitteln 22 zusammen,
um das Öffnen oder
Schließen
des ersten Wirkglieds 18 derart zu steuern, dass zum einen
die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs des Öls angehoben und zum anderen
die Öltemperatur
um eine bestimmte Referenztemperatur Tr herum geregelt wird.
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Genauer
gesagt wird, wenn die von den Erfassungsmitteln 22 bestimmte
Temperatur T der Kühlflüssigkeit
unter der ersten Grenztemperatur T1 liegt,
die Zirkulation des Fluids im ersten Zweig 8 von den Steuermitteln 19 begrenzt
und vorzugsweise angehalten.
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Darüber hinaus
regeln die Steuermittel 19 die Öltemperatur um die Referenztemperatur
Tr herum, wenn die Temperatur T der Kühlflüssigkeit die zweite Grenztemperatur
T2 übersteigt.
Die Referenztemperatur Tr des Öls
entspricht der optimalen Betriebstemperatur des Öls. Die Referenztemperatur
Tr, die vom Öltyp
abhängt,
beträgt
herkömmlicherweise zwischen
ungefähr
120 und 140 Grad und entspricht vorzugsweise ungefähr 130 Grad.
Hierzu weisen die Erfassungsmittel 22 Mittel zum Messen
der Temperatur des Schmieröls
auf, beispielsweise einen geeigneten Sensor.
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4 zeigt
ein Beispiel für
die Änderung
der Öltemperatur
Th in Abhängigkeit
von der Zeit t. Im gleichen Diagramm ist ein Rechtecksignal für den geöffneten
Zustand O und den geschlossenen Zustand F des Wirkglieds 18 des
ersten Zweigs 8 dargestellt. Die oberen Stufen des Rechtecksignals
stellen die Momente dar, in denen das Wirkglied 18 geöffnet O ist.
Die unteren Stufen des Rechtecksignals stellen die Momente dar,
in denen das Wirkglied 18 geschlossen F ist.
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So
sorgen die Steuermittel 19, wenn die Temperatur Th des Öls die Referenztemperatur
Tr um einen bestimmten Wert ΔTa übersteigt,
für das Öffnen des
Wirkglieds 18 und damit die Zirkulation des Fluids im ersten
Zweig 8. Andererseits schließen die Steuermittel 19 das
Wirkglied 18 und halten damit die Zirkulation des Fluids
im ersten Zweig 8 an, wenn die Temperatur Th des Öls die Referenztemperatur Tr
um einen Wert ΔTa
unterschreitet. Die Temperaturdifferentiale ΔTa, die das Öffnen O und Schließen F des
ersten Wirkglieds 18 auslösen, liegen beispielsweise
in der Größenordnung
von ungefähr
ein bis sechs Grad. Wie in 4 dargestellt,
betragen die Temperaturdifferentiale ΔTa vorzugsweise zwei Grad.
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Auf
diese Weise kann unter Berücksichtigung
der Temperaturverzögerung
des Systems die Öltemperatur
Th mit einer Toleranz von un gefähr
fünf Grad
in etwa auf der Referenztemperatur Tr gehalten werden. Natürlich kann
die Öltemperatur
Th in einem größeren oder
kleineren Intervall gehalten werden. Hierzu genügt es, die Differentiale oder
Grenzen ΔTa für das Öffnen und
Schließen
des ersten Wirkglieds 18 um die Referenztemperatur Tr herum
zu verändern.
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Vorteilhafterweise
können
die Steuermittel 19, wenn die Temperatur T der Kühlflüssigkeit
zwischen der ersten Grenztemperatur T1 und
der zweiten Grenztemperatur T2 liegt, das
erste Wirkglied 18 nur öffnen,
wenn die Temperatur der Flüssigkeit
die Öltemperatur
um einen bestimmten zweiten Wert ΔTb übersteigt.
Dieser zweite Wert ΔTb
kann beispielsweise zwischen ungefähr 10 und 20 Grad betragen
und entspricht vorzugsweise 15 Grad. Auf diese Weise trägt die Kühlflüssigkeit
dazu bei, den Temperaturanstieg des Öls zu beschleunigen.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 1 umfasst der Kreis 2 einen
zweiten Zweig 6, einen sogenannten Entgasungskreis, der
mit einem elektronisch gesteuerten Wirkglied 16 und einem
Entgasungsgehäuse 11 versehen
ist.
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Die
Steuermittel 19 regeln die Zirkulation des Kühlfluids
derart, dass die im zweiten Zweig 6 zirkulierende Fluidmenge
größer ist,
wenn die Temperatur T des Kühlfluids
die erste Grenztemperatur T1 übersteigt,
als wenn die Temperatur T des Fluids niedriger ist als die erste
Grenztemperatur T1.
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Darüber hinaus
regeln die Steuermittel 19 die Zirkulation des Fluids im
Entgasungszweig 6 so, dass die Fluidmenge größer ist,
wenn die Temperatur T des Fluids die zweite Grenztemperatur T2 übersteigt,
als wenn die Temperatur T des Fluids unter der zweiten Grenztemperatur
T2 liegt.
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Wenn
die Temperatur T des Fluids zwischen der ersten Grenztemperatur
T1 und der zweiten Grenztemperatur T2 liegt, können die Steuermittel 19 außerdem die
Zirkulation des Fluids im Entgasungszweig 6 in Abhängigkeit
von der Temperatur T der Kühlflüssigkeit
regeln. Genauer gesagt können
die Steuermittel 19 die Zunahme der im Entgasungszweig 6 zirkulierenden
Menge an Kühlflüssigkeit steuern,
wenn deren Temperatur T steigt. Das Wirkglied 16 des Entgasungszweiges 6 arbeitet
vorzugsweise nach dem Prinzip „alles
oder nichts", das
heißt es
lässt sich
nur ganz öffnen
und schließen.
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Wie
in 5 dargestellt, steuern die Steuermittel 19 das – vorzugsweise
vollständige – Öffnen des
zweiten Wirkglieds 16, wenn die Temperatur des Fluids die
zweite Grenztemperatur T2 übersteigt.
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Darüber hinaus
können
die Steuermittel 19, wenn die Temperatur der Kühlflüssigkeit
T unter der ersten Grenztemperatur T1 liegt,
das Öffnen
des zweiten Wirkglieds 16 in Abhängigkeit von der vom Motor 1 gelieferten
Durchschnittsleistung Pm steuern. Genauer gesagt erhöhen die
Steuermittel 19 die zur Zirkulation im Entgasungszweig 6 zugelassene Flüssigkeitsmenge,
wenn die vom Motor 1 gelieferte Durchschnittsleistung Pm
steigt. Das Wirkglied 16 des Zweigs 6 wird beispielsweise
von einem Rechtecksignal gesteuert, das abhängig von der vom Motor 1 gelieferten
Durchschnittsleistung veränderlich ist.
Der obere Abschnitt des Signals steht für ein geöffnetes Wirkglied 16 O,
der untere Abschnitt für
ein geschlossenes Wirkglied 16F.
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Wenn
sich der Motor in seinem kalten Zustand befindet (T < T1),
kann das Rechtecksignal zum Steuern des Wirkglieds 16 periodisch
sein. Insbesondere kann die Dauer der Öffnung To des Wirkglieds 16 konstant
sein, während
die Periode P des Signals in Abhängigkeit
von der Durchschnittsleistung Pm variieren kann. Also können die
Zeiten, in denen das Ventil 16 geschlossen ist, beispielsweise
linear kürzer
werden, wenn die Durchschnittsleistung Pm des Motors steigt.
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Wenn
sich der Motor 1 in seinem Zwischenzustand befindet (Fluidtemperatur
T zwischen erster Grenztemperatur T1 und
zweiter Grenztemperatur T2), steuern die
Steuermittel 19 das Öffnen
des Wirkglieds 16 nach einem Rechtecksignal, das abhängig von
der Temperatur T der Kühlflüssigkeit
veränderbar ist.
Insbesondere kann die Dauer der Öffnung
To des Wirkglieds 16 konstant sein, während die Periode P des Signals
abnehmen kann, wenn die Temperatur T der Kühlflüssigkeit steigt.
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Wie
in 6 dargestellt, kann die Periode P des Rechtecksignals
zwischen T1 und T2 umgekehrt proportional
zur Temperatur T der Flüssigkeit
sein. Außerdem
kann die Gerade, die die Entwicklung der Periode P darstellt, einen
Sprung in der Nähe
der zweiten Grenztemperatur T2 aufweisen,
sodass die Periode P konstant und gleich der Öffnungsdauer To bleibt. Das
heißt
wenn die Temperatur T der Flüssigkeit
beispielsweise die zweite Grenztemperatur T2 minus
ungefähr
fünf Grad
erreicht, folgt auf die fallende Gerade, die die Periode P darstellt,
ein horizontaler konstanter Abschnitt.
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Die Öffnungsdauer
To des Wirkglieds 16 kann in der Größenordnung von einigen Sekunden liegen
und beispielsweise fünf
Sekunden betragen. Die Periode des Signals zum Steuern des Wirkglieds 16 kann
variieren, beispielsweise zwischen 5 und 50 Sekunden.
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Natürlich kann
ein beliebiger anderer geeigneter Signaltyp verwendet werden, um
das zweite Wirkglied 16 zu steuern. Beispielsweise ist
es wie zuvor möglich,
die Öffnungsdauer
To des Ventils neben oder anstelle der Dauer zu variieren, während der
es geschlossen ist.
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Wie
in 1 dargestellt, umfasst der Kreis 2 einen
dritten Zweig 5, der mit einem elektronisch gesteuerten
Wirkglied 15 und Mitteln 10 versehen ist, die
eine direkte Fluidumkehr oder einen Bypass bilden. Die Steuermittel 19 können die
Zirkulation des Kühlfluids
im Bypass-Zweig 5 in Abhängigkeit von der Temperatur
T des Fluids regeln. Insbesondere nimmt die zur Zirkulation im Bypass-Zweig 5 zugelassene
Fluidmenge zu, wenn die Temperatur des Fluids von der ersten Grenztemperatur
T1 in Richtung auf die zweite Grenztemperatur
T2 steigt. Vorzugsweise funktioniert das
elektronisch gesteuerte Wirkglied 15 des Bypass-Zweiges 5 proportional.
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Wie
in 7 dargestellt, können die Steuermittel 19,
wenn die Temperatur des Fluids T unter der ersten Grenztemperatur
T1 liegt, die Zirkulation des Fluids im
Bypass-Zweig 5 auf eine bestimmte Leckrate begrenzen. Das
heißt
das Wirkglied 15 des Bypass-Zweigs 5 ist teilweise
geöffnet
Of. Beispielsweise kann die teilweise Öffnung Of des Wirkglieds 15 für eine Leckrate
im Bypass-Zweig 5 zwischen ungefähr ein Fünfzigstel und ein Fünftel des
maximalen Durchsatzes im Zweig 5 sorgen.
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Wenn
die Temperatur des Fluids die zweite Grenztemperatur T2 übersteigt,
sorgen die Steuermittel 19 zumindest vorübergehend
für das
vollständige Öffnen O
des Bypass-Wirkglieds 15 (7). Darüber hinaus
kann der Öffnungsgrad
des Wirkglieds 15, wenn die Fluidtemperatur zwischen der
ersten Grenztemperatur T1 und der zweiten
Grenztemperatur T2 liegt, zumindest vorübergehend
proportional zur Temperatur T des Kühlfluids sein. Genauer gesagt
nimmt zwischen T1 und T2 die Öffnung des
Bypass-Wirkglieds 15 zu, wenn die Temperatur T des Fluids
steigt, und sie nimmt ab, wenn die Temperatur T des Fluids sinkt.
Die Änderung
der Öffnung
des Wirkglieds 15 kann proportional zur Fluidtemperatur T
sein.
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Vorteilhafterweise
kann die Kurve der Öffnung
des Wirkglieds 15 in Abhängigkeit von der Temperatur
T des Fluids eine Hysterese H aufweisen. Das heißt die Zunahme der Öffnung des
Wirkglieds 15 beginnt, nachdem die Temperatur T der Flüssigkeit
T die erste Referenztemperatur T1 um einen
bestimmten ersten Wert E überschritten
hat. Ebenso beginnt die Verringerung der Öffnung des Wirkglieds 15,
nachdem die Temperatur T der Flüssigkeit
um einen bestimmten ersten Wert E unter die zweite Referenztemperatur
T2 gesunken ist. Das Öffnen und Schließen des
Wirkglieds 15 findet also versetzt in Bezug auf die Grenztemperaturen
T1 und T2 statt.
Die Werte E der Verschiebungen liegen beispielsweise in der Größenordnung
von fünf
Grad.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 1 umfasst der Kreis einen vierten
Zweig 4, der mit einem elektronisch gesteuerten Wirkglied 14 und
Radiatormitteln 9 versehen ist. Die Radiatormittel 9 können mit
einem Lüftersatz 30 gekoppelt
sein, der ebenfalls von den Steuermitteln 19 gesteuert
sein kann. Das Wirkglied 14 des vierten Zweigs 4 arbeitet
proportional.
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Vorteilhafterweise
können
die Steuermittel 19, wenn die Temperatur T des Fluids die
zweite Grenztemperatur T2 übersteigt,
das Wirkglied 15 des Bypass-Zweigs 5 in Abhängigkeit
vom Öffnen
und Schließen
des Wirkglieds 14 des Radiatorzweigs 4 steuern.
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8 zeigt
den Öffnungsgrad
%O der Wirkglieder 15, 14 der dritten und vierten
Zweige 5, 4 in Abhängigkeit von der Temperatur
T der Kühlflüssigkeit.
Wie in 8 dargestellt, können die Steuermittel 19 das
Wirkglied 15 des Bypass-Zweigs 5 schließen F, wenn
das Wirkglied 14 des Radiatorzweigs 4 geöffnet O
ist. Ebenso ist das Wirkglied 15 des Bypass-Zweigs 5 geöffnet O,
wenn das Wirkglied 14 des Radiatorzweigs 4 geschlossen
F ist. Vorzugsweise ist die Öffnung des
Wirkglieds 15 des Bypass-Zweigs 5 umgekehrt proportional
zur Öffnung des
Wirkglieds 14 des Radiatorzweigs 4.
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Darüber hinaus
kann das Schließen
und Öffnen
des Wirkglieds 15 des Bypass-Zweigs 5 mit einer bestimmten
Temperaturverschiebung R in Bezug auf das Öffnen und Schließen des
Wirkglieds 14 des Radiatorzweigs 4 erfolgen. Die
Temperaturverschiebung R kann in der Größenordnung von ein paar Grad,
beispielsweise fünf
Grad, liegen.
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Wie
in 9 dargestellt, können die Steuermittel 19 die
Lüftungsmittel 30 in
Abhängigkeit
von der Temperatur der Kühlflüssigkeit
steuern. Genauer gesagt kann die Drehgeschwindigkeit der Lüftungsmittel 30 zunehmen,
wenn die Temperatur T der Kühlflüssigkeit
steigt.
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Vorzugsweise
nimmt die Drehgeschwindigkeit V der Lüftungsmittel
30 proportional
zur Änderungsgeschwindigkeit
der Temperatur der Kühlflüssigkeit
zu.
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9 zeigt
zwei Beispiele von Geraden d1 und d2, die die Drehgeschwindigkeit
des Lüftersatzes
in Abhängigkeit
von der Temperatur T der Flüssigkeit
zeigen. Die beiden Geraden d1 und d2 haben verschiedene Steigungen,
die jeweils für
eine Änderungsgeschwindigkeit
der Temperatur T der Kühlflüssigkeit
stehen. Die Änderungsgeschwindigkeit
der Temperatur T der Kühlflüssigkeit
kann von den Steuermitteln
19 berechnet werden.
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Der
in 1 dargestellte Kühlkreis 2 umfasst noch
einen fünften
Zweig 7, der mit einem elektronisch gesteuerten Wirkglied 17 und
Mitteln 12 versehen ist, die eine Luftheizung für den Fahrgastraum bilden.
Herkömmlicherweise
kann die Luftheizung 17 so ausgebildet sein, dass sie für ein Erwärmen des Fahrgastraums
auf eine vom Benutzer des Fahrzeugs bestimmte erste Einstelltemperatur
Tc sorgt.
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Die
Steuermittel 20 wirken mit den Erfassungsmitteln 22 zusammen,
um die Außentemperatur
Te des Fahrzeugs zu bestimmen. Wenn die Außentemperatur Te unter der
ersten Einstelltemperatur Tc liegt, können die Steuermittel 20 das
Wirkglied des Luftheizungs-Zweigs 7 öffnen. Ebenso können die Steuermittel 20 das
Wirkglied des Luftheizungs-Zweigs 7 schließen, wenn
die Außentemperatur
Te die erste Einstelltemperatur Tc übersteigt.
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Die
Luftheizungs-Mittel 12 können auch eine Funktion der
Klimatisierung des Fahrgastraums auf eine zweite Einstelltemperatur
Tr aufweisen. So können
die Steuermittel 20, wenn die Außentemperatur Te unter der
zweiten Einstelltemperatur Tr liegt, das Wirkglied des Luftheizungs-Zweigs 7 öffnen. Ebenso können die
Steuermittel 20 das Wirkglied des Luftheizungs-Zweigs 7 schließen, wenn
die Außentemperatur
Te die zweite Einstelltemperatur Tr übersteigt.
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Der
fünfte
Zweig 7 kann gegebenenfalls auch zusätzliche Heizmittel 160 und/oder
Mittel 150 zur Rückführung der
Abgase des Motors 1 zum Einlass aufweisen. Herkömmlicherweise
ermöglichen
es die Mittel 150, die für die Rückführung zumindest eines Teils
der Abgase des Motors 1 an den Einlass sorgen und als „Exhaust
Gas Recycling EGR" bezeichnet
werden, die Temperatur der Verbrennungsgase des Motors zu kontrollieren,
um beispielsweise eine Schadstoffbehandlung durchzuführen.
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Schließlich umfasst
der in 1 dargestellte Kreis 2 noch einen sechsten
Zweig 44, in dem Mittel 140 zum Wiedererhitzen
der Einlassluft des Motors 1 angeordnet sind. Dieser sechste
Zweig 44 ist auch mit einem elektronisch gesteuerten Wirkglied 29 versehen,
das von den Steuermitteln 19 gesteuert wird.
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2 zeigt
eine Ausführungsvariante
der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung.
Die in 2 dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich
von derjenigen in 1 dadurch, dass die Luftheizungs-Mittel 12 und
die Heizmittel 160 in einem siebten Zweig 45 angeordnet
sind, der sich vom sechsten Zweig 7 unterscheidet, welcher
den Abgasrückführmitteln (EGR) 150 zugeordnet
ist. Darüber
hinaus besitzt der siebte Zweig 45 kein elektronisch gesteuertes
Wirkglied.
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Natürlich ist
die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele
der 1 und 2 beschränkt. So kann die Kühlvorrichtung
nur einen Teil der oben beschriebenen thermischen Anlagen 9, 10, 11, 12, 13, 140, 150, 16 und/oder
der Zweige 4, 5, 6, 7, 8, 44, 45 umfassen.
Außerdem
können
einer oder mehrere der Zweige 4, 5, 6, 7, 8, 44, 45 kein
elektronisch gesteuertes Wirkglied besitzen.
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Vorteilhafterweise
können
die Datenerfassungsmittel 22 so ausgebildet sein, dass
gegebenenfalls ein Versagen von mindestens einem der elektronisch
gesteuerten Wirkglieder festgestellt wird. Auf diese Weise können die
Steuermittel für
die freie Zirkulation des Fluids zumindest in bestimmten Zweigen
und vorzugsweise in allen Zweigen sorgen, wenn mindestens ein Versagen
eines Wirkglieds festgestellt wird, und zwar unabhängig von
der Temperatur des Fluids. Das heißt wenn ein Versagen des Systems
festgestellt wird, werden alle Ventile des Kreises 2 geöffnet.
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Es
wurde deutlich, dass die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung es trotz ihres
einfachen Aufbaus erlaubt, die Wärmetausche
in Echtzeit und auf optimale Weise zu verwalten.
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Obwohl
die Erfindung in Verbindung mit besonderen Ausführungsarten beschrieben wurde,
umfasst sie sämtliche
technischen Mittel, die zu den beschriebenen Mitteln gleichwertig
sind.