DE60123402T2

DE60123402T2 - Verfahren und einrichtung zur kühlung einer brennkraftmaschine eines kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE60123402T2
Application number: DE60123402T
Authority: DE
Inventors: Ludovic Tomasseli; Armel Le Lievre
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2000-02-03
Filing date: 2001-01-25
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2021-01-26
Also published as: FR2804719B1; FR2804719A1; DE60123402D1; US20030145807A1; EP1268992A1; EP1268992B1; JP2003529704A; JP4603225B2; ATE340922T1; WO2001057375A1; ES2272445T3; US6948456B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen eines Kraftfahrzeug-Motors.
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.
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.
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.
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.
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.
Dieses System ist jedoch komplex aufgebaut und verwendet eine Vielzahl an gemessenen Zustandsgrößen, ohne deshalb die Wärmetausche mit dem Motoröl zu optimieren.
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.
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.
Dieses Ziel wird durch die Merkmale nach Anspruch 1 erreicht.
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.
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.
Dieses Ziel wird durch die Merkmale nach Anspruch 2 erreicht.
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.

Weitere Besonderheiten und Vorteile werden bei der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung deutlich, die auf die Zeichnungen Bezug nimmt.
1 zeigt schematisch den Aufbau und die Funktionsweise eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung.
2 zeigt eine zweite Ausführungsart der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung.
3 zeigt in einem Diagramm ein Beispiel für die Änderung der Temperatur T der Kühlflüssigkeit und einer ersten Grenztemperatur T₁ über die Zeit t.
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.
5 zeigt die geöffneten Zustände O und die geschlossenen Zustände F des Wirkglieds des Entgasungszweiges in Abhängigkeit von der Temperatur T der Kühlflüssigkeit.
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.
7 zeigt den Öffnungszustand des Bypass-Ventils in Abhängigkeit von der Temperatur T der Kühlflüssigkeit.
8 zeigt schematisch ein Beispiel für die Kopplung der Öffnung des Bypass-Ventils an die Öffnung des Ventils eines Radiators.
9 zeigt zwei Beispiele für die Änderung der Drehgeschwindigkeit eines Lüftersatzes in Abhängigkeit von der Änderung der Temperatur T der Kühlflüssigkeit.
1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung. Die Kühlvorrichtung umfasst einen Hydraulikkreis 2, der ein flüssiges Kühlmittel enthält.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Vorzugsweise nimmt die Drehgeschwindigkeit V der Lüftungsmittel 30 proportional zur Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur der Kühlflüssigkeit
zu.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Es wurde deutlich, dass die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung es trotz ihres einfachen Aufbaus erlaubt, die Wärmetausche in Echtzeit und auf optimale Weise zu verwalten.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit besonderen Ausführungsarten beschrieben wurde, umfasst sie sämtliche technischen Mittel, die zu den beschriebenen Mitteln gleichwertig sind.

Claims

Verfahren zum Kühlen eines Kraftfahrzeug-Motors, das darin besteht, das Volumen und den Durchsatz eines flüssigen Kühlmittels in einem Hydraulikkreis (2) zu regeln, der einen ersten Zweig (8) besitzt, in dem ein Wasser/Öl-Tauscher (13) angeordnet ist, wobei das Verfahren einen ersten Schritt der Regelung des Durchsatzes der Flüssigkeit im ersten Zweig umfasst, um die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs des Öls zu beschleunigen, wobei das Verfahren einen zweiten Schritt der Regelung des Durchsatzes der Flüssigkeit im ersten Zweig umfasst, um die Öltemperatur um eine Referenztemperatur (Tr) herum zu halten und dadurch gekennzeichnet ist, dass es einen Schritt der Bestimmung der Temperatur (T) der Kühlflüssigkeit und einen Schritt der Begrenzung oder des Anhaltens der Zirkulation des Fluids im ersten Zweig (8) des Kreises (2) umfasst, wenn die Temperatur des Fluids unter einer bestimmten ersten Grenztemperatur (T₁) liegt, und dass es einen Schritt der Bestimmung der Temperatur (Th) des Öls umfasst, sodass wenn die Temperatur (T) der Kühlflüssigkeit (T) eine zweite Grenztemperatur (T₂) übersteigt, die Temperatur des Öls um die Referenztemperatur (Tr) herum geregelt wird und dabei zum einen für die Zirkulation des Fluids im ersten Zweig (8) gesorgt wird, wenn die Temperatur des Öls die Referenztemperatur (Tr) um einen bestimmten ersten Wert (ΔTa) übersteigt, und dabei zum anderen die Zirkulation des Fluids im ersten Zweig (8) gestoppt oder begrenzt wird, wenn die Öltemperatur um einen Wert (ΔTa) kleiner ist als die Referenztemperatur (Tr).
Vorrichtung zum Kühlen eines Kraftfahrzeug-Motors mit einem Hydraulikkreis (2) für ein flüssiges Kühlmittel, zu dem eine Umlaufpumpe (3) gehört, die das Kühlmittel durch den Motor (1) des Fahrzeugs und verschiedene Zweige (4, 5, 6, 7, 8, 44) des Kreises pumpt, in denen thermischen Anlagen (9, 10, 11, 12, 13, 140, 150, 160) des Fahrzeugs angeordnet sind, wobei zumindest bestimmte 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 in ihnen ausgestattet sind, wobei die Vorrichtung Mittel (22) zum Erfassen von Informationen über die Betriebsbedingungen des Fahrzeugs umfasst, die mit Mitteln (19) zum Steuern der Funktionsweise der Wirkglieder (14, 15, 16, 17, 18, 29) verbunden sind, um das Volumen und den Durchsatz an Fluid, das im Hydraulikkreis (2) zirkuliert, im Hinblick auf eine optimierte Funktionsweise des Motors zu regeln, wobei der Kreis (2) einen ersten Zweig (8) aufweist, der mit einem ersten Wirkglied (18) versehen ist und in dem ein Wasser/Öl-Tauscher (13) angeordnet ist, wobei die Steuermittel (19) mit den Erfassungsmitteln (22) zusammenwirken, um das Öffnen oder Schließen des ersten Wirkglieds (18) zu steuern, sodass zum einen die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs des Öls beschleunigt und zum anderen die Temperatur des Öls um eine Referenztemperatur (Tr) herum geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationserfassungsmittel (22) die Temperatur (T) der Kühlflüssigkeit und die Temperatur (Th) des Öls bestimmen können, sodass wenn die Temperatur (T) der Kühlflüssigkeit eine bestimmte zweite Grenztemperatur (T₂) übersteigt, die Steuermittel (19) die Öltemperatur um die Referenztemperatur (Tr) herum regeln und dabei zum einen für die Zirkulation des Fluids im ersten Zweig (8) gesorgt wird, wenn die Öltemperatur die Referenztemperatur (Tr) um einen bestimmten ersten Wert (ΔTa) übersteigt, und zum anderen die Zirkulation des Fluids im ersten Zweig (8) angehalten oder begrenzt wird, wenn die Öltemperatur um einen Wert (ΔTa) niedriger ist als die Referenztemperatur (Tr).
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationserfassungsmittel (22) die Temperatur (T) der Kühlflüssigkeit bestimmen können, wobei die Steuermittel (19) für die Begrenzung oder das Anhalten der Zirkulation des Fluids im ersten Zweig (8) des Kreises (2) sorgen, wenn die Temperatur des Fluids niedriger ist als eine bestimmte erste Grenztemperatur (T₁).
Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Temperatur (T) der Kühlflüssigkeit zwischen der ersten Grenztemperatur (T₁) und der zweiten Grenztemperatur (T₂) liegt, die Steuermittel (19) dafür sorgen, dass das Fluid nur dann im ersten Zweig (8) zirkuliert, wenn seine Temperatur (T) die Öltemperatur um einen bestimmten zweiten Wert (ΔTb) übersteigt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Grenztemperatur (T₂) zwischen ungefähr 60 und 100 Grad beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Grenztemperatur (T₁) zwischen ungefähr 20 und 60 Grad liegt und die Temperatur des Fluids festlegt, unter der der Zustand des Motors (1) als „kalt" bezeichnet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (20) mit den Erfassungsmitteln (22) zusammenwirken, um zum einen die momentane Durchschnittsleistung (Pm) des Motors (1) und dann zum anderen die erste Grenztemperatur (T₁) in Abhängigkeit von der momentanen Durchschnittsleistung (Pm) und einer bestimmten Modellierung der Funktionsweise des Motors (1) zu berechnen, die seinen kalten Zustand in Abhängigkeit von der durchschnittlichen Leistung (Pm) festlegt.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wert (ΔTa) in der Größenordnung von ungefähr 1 und 6 Grad liegt und vorzugsweise 2 Grad entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wert (ΔTb) in der Größenordnung von ungefähr 10 und 20 Grad liegt und vorzugsweise 15 Grad entspricht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenztemperatur (Tr) des Öls zwischen ungefähr 120 und 140 Grad liegt und vorzugsweise ungefähr 130 Grad entspricht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das erste Wirkglied (18) ganz öffnen und schließen lässt.