DE8314309U1

DE8314309U1 - Fluessigkeitsgekuehlte brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE8314309U1
Application number: DE19838314309
Authority: DE
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1983-05-14
Filing date: 1983-05-14
Publication date: 1984-12-06

Description

Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine

Die Neuerung geht gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 von der DE-OS 32 16 048 aus.

Bei dieser bekannten Maschine ist der Bypass-Durchgangsquerschnitt vom Thermostat unbeeinflußt. Der Thermostat und die Mengen-Steuervorrichtung sind in der den Kühler enthaltenden Leitung als Drosselvorrichtungen hintereinander geschaltet. Während der Thermostat das durch den Kühler strömende Kühlmittelvolumen abhängig von der Temperatur des Kühlmittels steuert, wird die Mengen-Steuervorrichtung von einer Schaltvorrichtung angesteuert, die von je einem Drehzahl- und Last-Fühler beeinflußt wird. Die insgesamt drei somit in der Regelvorrichtung verwerteten Einflußgrößen stehen nicht immer in einem eindeutigen Zusammenhang, so daß sich der Thermostat und die Mengen-Steuervorrichtung in ihrer Funktion auch gegenseitig behindern können. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn bei hoher Umgebungstemperatur durch geringe Wärmeableitung des Kühlers die Kühlmitteltemperatur und damit die öffnung des Thermostats steigt, während zugleich durch geringe Drehzahl und Motorlast die Mengen-Steuervorrichtung weitgehend geschlossen ist. Eine überhitzung des Motors ist dadurch bei diesem Betriebszustand nicht vermeidbar.

Aufgabe der Neuerung ist es, eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der ausschließlich in Abhängigkeit von der Temperatur der Maschine bzw. des Kühlmittels sowohl die Kühlmittel-Temperatur selbst als auch das von der KUhlmittelpumpe geförderte Kühlmittel-Volumen und damit auch der Leistungsbedarf der KUhlmittelpumpe den jeweiligen Anforderungen entsprechend eingestellt werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Durch die Trennung der Temperatur-Regelung von der Mengen-Steuerung mittels des durch wechselweise Steuerung von Kühler- und Bypass-Durchgang weitgehend drosselungsfreien Thermostats einerseits

,_ und mittels der gleichfalls temperaturabhängigen Mengenlb

Steuervorrichtung andererseits ergibt sich eine bei allen Betriebszuständen eindeutig arbeitende Regelvorrichtung. Darüber hinaus legt die Mengen-Steuervorrichtung stets das Gesamtvolumen des von der Kühlmittelpumpe zu fördernden Kühlmittels alleine fest. Die jeweils erforderliche Förderleistung wird durch entsprechende Drosselung des Fördervolumens der als Kreiselpumpe ausgebildeten Kühlmittel ■-pumpe begrenzt.

_oc Bei dem bekannten Kühlkreis nach DE-OS 32 16 048 erfordert dagegen bei üblicher Verwendung einer Kreiselpumpe eine bei niedriger Temperatur zusätzlich vorgesehene direkte Zirkulationsförderung des Kühlmittels zwischen Pumpen-Aus- und -Eingang eine unnötig hohe Förderleistung. Der die

QQ Zirkulationsförderung temperaturabhängig ablösende, vom Thermostat unbeeinflußte Bypass-Kreislauf beansprucht auch noch dann ständig eine zusätzliche Förderleistung; wenn Thermostat und Strömungsregelventil die Förderung des Kühlmittels durch den Kühler vollständig freigeben. Ein nachteiliger zusätzlicher Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine ist dadurch jeweils gegeben.

Eine besonders einfache Ausgestaltung uer Neuerung ergibt sich nach den Merkmalen des Anspruches 2 durch die gemeinsame, aufeinander abgestimmte Verwendung üblicher Misch- und Drossel-Thermostate als Temperätur-Regelvorrichtung einerseits und Mengen-Steuervorrichtung andererseits.

Bei der Ausgestaltung der Neuerung gemäß Anspruch 3 wird durch zwei willkürlich steuerbare Drosselvorrichtungen IQ sowohl eine optimierte Funktion ermöglicht als auch ein geringer Steuerungsaufwand bei gleichwertiger Funktion erreicht.

Bei einem weiteren bekannten Kühlkreis nach der DE-OS 30 24 209 wird in Abhängigkeit vom Vergleich je eines Soll- und Istwertes der Maschinentemperatur der Antrieb der Kühlmittelpumpe oder eine Drosselvorrichtung beeinflußt. Auch dabei ist jedoch für die durch den ungesteuerten Bypass strömende KUhlmittelmenge ständig eine unnötige zusätzliche Förderleistung aufzubringen.

In der Zeichnung ist die Neuerung anhand zweier Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen temperaturgeregelten Kühlkreis für Brennkraftmaschinen mit einem Misch- und einem Drossel-Thermostat als Temperatur-Regelvorrichtung bzw. Mengen-Steuervorrichtung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 einen Kühlkreis entsprechend Fig. 1 mit zwei

Drossel-Vorrichtungen, die von je einem Stellmotor mittels zweier Temperatur-Sensoren und einer Auswertvorrichtung gesteuert werden, und

Fig. 3 ein Schaubild mit Darstellung der aufgrund der Neuerung verringerten Kühlmittel-Fördermenge.

Ein Kühlkreis für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine 1 weist nach den Fig. 1 und 2 einen durch einen Pfeil dargestellten Maschinen-Kühlmantel 2 auf. Am Eintritt zum Kühlmantel 2 ist eine Kühlmittelpumpe 3 angeordnet, die von der Maschine 1 angetrieben wird. Den Austritt des Kühlmantels 2 verbindet eine Vorlaufleitung U mit einem als Wärmetauscher zur Umgebungsluft wirkenden Kühler 5. An diesen schließt eine RUcklaufleitung 6 an, die den Kühlkreis als Verbindung zur KUhlmittelpumpe 3 in sich schließt. Parallel zum Kühler 5 liegt ein Bypass 7, der von der Vorlaufleitung 4 abzweigt und in die Rücklaufleitung 6 einmündet.

Nach Fig. 1 ist in die Vorlaufleitung H zwischen dem Anschluß an den Kühlmantel 2 und der Abzweigung des Bypass' 7 ein Drossel-Thermostat 8 als Drosselvorrichtung bzw. Mengen-Steuervorrichtung eingebaut. Die Rücklaufleitung 6 enthält an der Einmündung des Bypass' 7 einen Misch-Thermostat 9 als Temperatur-Regelvorrichtung.

Nach Fig. 2 sind vor der Vereinigung von Rücklaufleitung 6 und Bypass 7 in beiden Leitungen je eine Drosselvorrichtung 18 und 19 als Baueinheit und gemeinsam wirkende Temperatur- und Mengen-Steuervorrichtung eingebaut. Beiden Drosselvorrichtungen 18 und 19 ist je ein Stellmotor 20, eine gemeinsame Auswertvorrichtung 21 und je ein Temperatur-Sensor 22 und 23 an der Vorlaufleitung 4 bzw. nahe des Eintritts der Rücklaufleitung 6 in den Kühlmantel 2 zugeordnet.

Bei der Ausbildung nach Fig. 1 sind der Drossel-Thermostat 8 und der Mischthermostat 9 - die in einer der handelsüblichen Thermostat-Bauweisen ausgeführt werden können - in ihren Regeltemperatur-Bereichen so eingestellt und aufein-

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-δ-ander abgestimmt, daß sie einen weitgehend parallelen Re gelverlauf mit einem gegenseitigen Regeltemperatur-Abstand von etwa 5 bis 10 K aufweisen. Dadurch liegt der Regeltemperatur-Bereich des Drossel-Thermostats 8 und die diesen Werten entsprechende Erwärmung des Kühlmittels in der Ma-.schine 1 bzw. im Kühlmantel 2 höher als derjenige des Misch-Thermostats 9. Das abgestimmte Zusammenwirken beider Thermostate θ und 9 ergibt einerseits eine von der Kühl-Rittel-Fördermenge unabhängige Regelung der Kühlraittel- Temperatur am Eintritt des Kühlmantels 2 durch Mischen von gekühlten Kühlmittel-Anteilen aus dem Kühler 5 und von ungekühlten Kühlmittel-Anteilen aus dem Bypass 7 und andererseits eine von der Kühlmittel-Temperatur am Austritt des Kühlmantels 2 abhängige Einstellung der den Kühlmantel 2 durchströmenden Kühlmittelmenge. Dabei wird vom Misch-Thermostat innerhalb dessen Regelbereich die Kühlmittel -Temperatur am Eintritt des Kühlmantels 2 etwa konstant gehalten, während die Differenz der Kühlmittel-Temperatur zwischen Ein- und Austritt des Kühlmantels 2 durch den Drossel-Thermostat durch Verändern der Kühlmittelmenge etwa konstant gehalten wird. Der Drossel-Thermostat bestimmt auf diese Weise stets die notwendige Kühlmittel-Fördermenge und damit die dafür zum Antrieb der Kühlmittelpumpe 3 aufzubringende Förderleistung. Eine unnötig hohe, zu geringerer Temperaturdifferenz zwischen Ein- und Austritt des Kühlmantels 2 führende Kühlleistung bzw. Förderleistung der Kühlmittelpumpe 3 mit demgemäß überhöhtem Kraftstoffverbrauch der Maschine 1 wird dadurch vermieden.

Bei der Ausbildung nach Flg. 2 sind die Drosselvorrichtungen 18 und 19 - die als bekannte Ventil-Konstruktionen, z.B. Drosselklappen, ausgeführt sein können - von der bevorzugt elektronischen Auswertvorrichtung 21 und den bevorzugt elektromotorischen Stellmotoren 20 so angesteuert, daß die Drosselvorrichtung 16 mit der RUcklaufleitung 6 ab einer vorbestimmten Temperatur des Kühlmittels am Einöde r Austritt des Kühlmantels 2 zunehmend öffnet und da-

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— δ-durch den Kühler 5 und dessen KUhlfunktion zunehmend ein schaltet, während die Drosselvorrichtung 19 im Bypass 7 ab einer vorbestimmten Temperaturdifferenz des Kühlmittels zwischen Ein- und Austritt des Kühlmantels 2 den Bypass 7 zunehmend öffnet und dadurch ergänzend zu der jeweiligen öffnung der Drosselvorrichtung 18 die gesamte Kühlmittel-Fördermenge festlegt, die durch den Kühlmantel 2 strömt. Hierbei bestimmen somit stets beide Drosselvorrichtungen 18 und 19 gemeinsam die jeweils notwendige gesamte KUhI-mittel-Fördermenge. Die Fördermenge und damit die Förder leistung der Kühlmittelpumpe 3 mit dem entsprechenden Anteil des Kraftstoffverbrauchs der Maschine 1 wird dadurch stets in einem vorbestimmten niedrigen Bereich gehalten.

Im Schaubild nach Fig. 3 sind die Fördermengen-Reduzierungen Δ0.15/ 50/75 dargestellt, die sich bei jeweils bestimmten Maschinenlastwerten N15/25/ 50/ 100 % ^und Fördermengenwerten Q25/ 50/ 75/100 % ^als Schnittstellen der dargestellten maschinendrehzahl-bedingten Kurven- scharen bei konstanter Temperaturdifferenz ΔΊ von etwa 6 K ergeben, und zwar in Bezug auf ungedrosselte Fördermengenwerte gemäß der Kurve Qiqo %· ^Als Höchstwert der Förderinengen-Reduzierung ist bei etwa 15 % Maschinenlast N15 Cf₀ und etwa auf 25 % gedrosselter Fördermenge Q25 % gegenüber ungedrosselter Fördermenge Q100 % ^eine etwa 70%ige Fördermengen-Reduzierung Δθ.<|5 gegeben. Dieser Wert verringert sich aufgrund der mit steigender Maschinenlast N fallenden Drosselung der Fördermenge Q. Bei etwa 70%iger Maschinenlast N70 % ^und etwa 7ü%iger Fördermenge Q75 ^ er gibt sich Jedoch noch immer eine etwa 25%ige Fördermen gen-Reduzierung Δ

Die bei gedrosselter Förderung reduzierte Leistungsaufnahme von Kreiselpumpen ergibt bei üblichen mit Kreiselpumpen als KUhlmittelpumpen ausgerüsteten flUs/sigkeitsgekUhlten Brennkraftmaschinen eine entsprechende Verringerung des Kraftstoffverbrauches.

Claims

Schutzansprüche:

.-^Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine)?

- mit einer Temperatur-Regelvorrichtung, die die Anteile eines durch einen Kühlmantel (2) der Maschine (1), einen Kühler (5) und einen Bypass (7) strömenden Kühlmittels steuert, und

- mit einer Mengen-Steuervorrichtung, die das Volumen des von einer Kühlmittelpumpe (3) geförderten Kühlmittels einstellt,

dadurch gekennzeichnet,

- daß die Temperatur-Regelvorrichtung am Ein- oder Austritt des Kühlmantels (2) angeordnet ist und als Mischvorrichtung für etwa konstante Temperatur¹ des Kühlmittels ausgebildet ist und - daß die Mengen-Steuervorrichtung als Drosselvorrichtung für das von einer als Kreiselpumpe ausgebildeten KUhlmittelpumpe (3) geförderte, den Kühlmantel (2) durchströmende Kühlmittel ausgebildet ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Temperatur-Regelvorrichtung als die Temperatur des Kühlmittels am Eintritt des Kühlmantels (2) bestimmender Misch-Thermostat (9) für die Anteile des durch den Kühler (5) und durch den Bypass (7) strömenden Kühlmittels ausgebildet ist und

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- daß die Drosselvorrichtung als die Kühlmittel-Menge am Austritt des Kühlmantels (2) bestimmender Drossel-Thermostat (8) ausgebildet ist.

Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß am Ein- und Austritt des Kühlmantels (2) je ein Temperatur-Sensor (22 und 23) angeordnet ist,

- daß die Temperatur-Sensoren (22 und 23) mit einer Auswertvorrichtung (21) verbunden sind und

- daß eine erste Drosselvorrichtung (18) mit Stellmotor

(20) in der den Kühler (5) enthaltenden Kühlrittel-Leitung, (¹I und 6) und eine zweite Drosselvorrichtung (19) mit Stellmotor (20) im Bypass angeordnet ist,

- die über Steuerleitungen mit der Auswertvorrichtung

(21) verbunden sind.

4. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß ein Temperatur-Sensor an einem Bauteil der Maschine (1) angeordnet ist und mit der Auswertvorrichtung (21) verbunden ist.

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