DE60202073T2

DE60202073T2 - Kühlungssystem für eine brennkraftmaschine eines kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE60202073T2
Application number: DE60202073T
Authority: DE
Inventors: Graham Ian PEGG; Williams Leslie ROUTLEDGE; Richard Durnford
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2001-07-05
Filing date: 2002-06-05
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2022-06-06
Also published as: EP1404950A1; GB2377253A; GB0212842D0; DE60202073D1; EP1404950B1; WO2003004840A1; GB0116433D0

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Kühlsysteme für Verbrennungsmotoren, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
Hintergrund der Erfindung
Ein typisches Kraftfahrzeugmotorkühlsystem enthält einen Motorkühlmittelmantel, einen Kühler, ein Gebläse zum Anziehen von Luft durch den Kühler, eine Umlaufpumpe zum Zirkulieren des Kühlmittels vom Motor durch den Kühler und zurück.
Solch ein System enthält in der Regel einen Thermostat, der sich öffnet, um die Zirkulation des Kühlmittels zu gestatten, wenn der Motor eine gewünschte Mindestbetriebstemperatur erreicht. Der Kühlmittelstrom wird herkömmlicherweise durch eine Pumpe angetrieben, die durch einen durch die Kurbelwellenscheibe angetriebenen Riemen gedreht wird, und der Durchfluss hängt von der Motordrehzahl ab.
Zur Verbesserung des Motorwirkungsgrads sind verschiedene Mittel verwendet worden, um einen Motorbetrieb bei einer Temperatur zu ermöglichen, die so hoch wie möglich ist. Zum Beispiel ist der Motor in der US-A-4 744 335 an seinem Kühlmittelauslass mit einem servogeregelten Stromventil versehen. Die US-A-5 975 031 offenbart ein Kühlsystem mit einer Pumpe, die einen elektrisch angetriebenen Motor aufweist, dessen Drehzahl mit der Motortemperatur geändert wird. Weiterhin enthält das System gemäß der US-A-5 975 031 eine Kühlerumgehungsleitung und offenbart die Verwendung eines Steuerventils stromaufwärts der Pumpe zur Steuerung des Verhältnisses der Wasserströme, die in die Pumpe sowohl vom Umgehungskanal als auch vom Kühler eintreten. Die US-A-6 032 618 offenbart ein Kühlsystem, bei dem ein stromaufwärts der Pumpe angeordnetes Steuerventil den Wasserstrom durch das System in Abhängigkeit von von einer elektronischen Steuerung erhaltenen Signalen steuert.
In der DE 4 033 261 A wird ein Kraftfahrzeugverbrennungsmotorkühlsystem nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 offenbart.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Mittel zur Steuerung des Motorkühlsystems bereit, das sich für motorgetriebene Kühlmittelpumpen eignet.
Darstellung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftfahrzeugverbrennungsmotorkühlsystem mit einer Pumpe, die einen Einlass zum Empfang von Kühlmittel von einem Kühler oder einem anderen Kühlmittelkreislauf und einen das Kühlmittel zum Motor lenkenden Auslass aufweist, bereitgestellt, wobei der Auslass ein Strömungsdrosselventil darin aufweist, das zur Änderung der Liefermenge der Pumpe betätigbar ist, gekennzeichnet durch ein Steuermodul zur Verarbeitung des Ventilzustands und mehrerer anderer Motor- und Fahrzeugszustände zur Bestimmung eines erforderlichen Kühlmitteldurchflusses und zur dementsprechenden Erhöhung oder Verringerung des Stroms durch das Ventil.
Das Strömungsdrosselventil im Auslass der Pumpe erzeugt eine Drosselung am Auslass, was den Vorteil mit sich bringt, dass die Kavitation am Einlass nicht verschlimmert wird und jeglicher Druckanstieg aufgrund der Drosselung nur in der Pumpe erfahren wird und nicht im Rest des Kühlmittelsystems. Durch Verstärkung der Strömungsdrosselung am Auslass einer Kreiselradpumpe wird ihr-Energieverbrauch verringert, wodurch sich eine direkte Verringerung des Kraftstoffverbrauchs ergibt.
Das Strömungsdrosselventil kann mit einem Stellglied versehen sein, bei dem es sich vorzugsweise um ein vakuumbetätigtes Stellglied handelt, das von einer Vakuumquelle am Fahrzeug, zum Beispiel einer Vakuumpumpe oder dem Motoransaugkrümmerdruck, aus betrieben wird. Das Strömungsdrosselventil kann auch mit einem Sensor versehen sein, der die Steuerposition des Ventils überwacht.
Die Pumpe könnte eine elektrisch angetriebene Kreiselradpumpe sein, ist aber vorzugsweise eine mechanisch angetriebene Kreiselradpumpe mit einem Riemenscheibenrad, das an der Pumpenwelle befestigt ist und wird durch ein geeignetes Mittel, zum Beispiel einen Endlosriemen, eine Kette usw., das mit einem an der Motorkurbelwelle befestigten Riemenscheibenrad verbunden ist, angetrieben. Die Systemantriebsverluste sind im Vergleich zu einer elektrisch angetriebenen Pumpe geringer. Bei einer typischen elektrisch angetriebenen Pumpe muss der Fahrzeugdrehstromgenerator aufgebessert werden, und Systemverluste sind derart, dass die zum Antrieb der Kühlmittelpumpe verbrauchte Energie um ca. 120 höher ist als wie für die motorgetriebene Pumpe.
Die Pumpe kann eine getrennte Einheit sein, die am Motor angebracht ist, oder eine Pumpe, die eingebaut ist, wobei ihr Laufrad im Motorkühlmittelmantel angeordnet ist.
Das Modul kann mit mehreren Sensoren zur Überwachung der mehreren Motorzustände und vorzugsweise Fahrzeugfahrgastraumzustände verbunden sein.
Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zur Steuerung des Kühlfluidstroms durch das Kühlsystem eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 8 bereit.
Das Drosselventil kann im Pumpenauslass oder daneben angeordnet sein.
Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nur beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; darin zeigen:
1 eine schematische Zeichnung eines Fahrzeugmotors mit einer externen Kühlmittelpumpe,
2 eine schematische Zeichnung einer mit dem Kühlsystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Kühlmittelpumpe, und
3 ein Flussdiagramm einer Steuerung für das Drosselventil in der Pumpe nach 2.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Verbrennungsmotor 11 mit einem Kühlmittelmantel gezeigt, durch den ein flüssiges Kühlmittel, in der Regel eine Mischung aus Wasser und Glycol, gepumpt wird. Das Kühlmittel wird mittels einer Pumpe 12 durch den Motor 11 gepumpt, wobei die Pumpe 12 außerhalb des Motors angebracht ist und durch einen Endlosriemen 13 gedreht wird, der durch eine Riemenscheibe 14 angetrieben wird, die herkömmlicherweise an der Motorkurbelwelle befestigt ist. Das Kühlmittel tritt aus einem Kühler (siehe 3) in den Pumpeneinlass 15 ein und wird durch den Pumpenauslass 16 über die Leitung 17 in den Motor 11 gepumpt. Das Kühlmittel verlässt den Motor über ein thermostatisch geregeltes Steuerventil oder Ventile 18.
Weiterhin auf 2 Bezug nehmend, handelt es sich bei der Pumpe 12 um eine Kreiselradpumpe, und die Laufradwelle 21 wird durch ein von dem Riemen 13 auf wohl bekannte Weise angetriebenes Riemenscheibenrad 22 gedreht (siehe 1). Der Kühlmittelstrom von der Pumpe durchströmt ein Volumenstromregulier- oder -drosselventil 23, das einer beliebigen geeigneten Art sein kann, zum Beispiel ein Kugelventil oder ein Plattenventil, das im vollständig geöffneten Zustand eine Mindestströmungsdrosselung bewirkt.
Das Ventil 23 kann in einem getrennten Gehäuse eingeschlossen sein, das so am Pumpenauslass 16 angebracht ist, dass es eine einzige Anordnung bildet, aber vorzugsweise ist das Ventil in dem eine einzige Einheit bildenden Pumpenauslass 16 untergebracht.
Das Ventil 23 wird durch ein Stellglied 24 betätigt, das wiederum einer beliebigen geeigneten Art sein kann, zum Beispiel ein hydraulisches, elektrisches oder vorzugsweise ein Vakuumstellglied, das durch eine Vakuumquelle am Fahrzeug betrieben wird. Das Stellglied 24 ist in einen Ventilöffnungszustand vorbelastet, so dass das Ventil 23 Kühlmittelstrom nur dann drosselt, wenn das Stellglied erregt wird, und bei einem Versagen des Stellglieds geöffnet ist. Der Ventilzustand wird durch einen Sensor 25 überwacht.
Nunmehr auf 3 Bezug nehmend, wird ein Kühlsystem gezeigt, das die Pumpe 12 enthält. Das flüssige Kühlmittel wird in den Motor 11 gepumpt, und das erhitzte Kühlmittel verlässt den Motor durch den Auslass 18 und strömt zu einem Kühler 31 und in der Regel zu einem Wärmetauscher 32 zur Erwärmung des Fahrgastraums des Fahrzeugs. Dann kehrt das Kühlmittel über die Pumpe 12 zum Motor 11 zurück.
Ein Kühlgebläse 33 ist zum Anziehen von Kühlluft durch den Kühler 31 angeordnet.
Das Ventilstellglied 24 wird durch ein Steuerventil 34 betätigt, das Steuersignale von einem Kühlsystemsteuermodul 35 erhält. Das Steuermodul 35 erhält Eingangssignale von mehreren verschiedenen Quellen. Das Modul 35 erhält ein Ventilzustandssignal vom Sensor 25 zum Schließen des Regelkreises für das Drosselventil 23, aber der Ventilistzustand wird als Reaktion auf andere Motorzustandssignale und auf Parameter, die in ein Motorkennfeld programmiert sein können, bestimmt.
Die Sensoren können in drei Kategorien unterteilt sein, Fahrzeugparameter 36, Antriebsstrangparameter 37 und Heiz- und Kühlparameter 38.
Die Fahrzeugparametersensoren 36 können einen Drehmomentanforderungssensor, zum Beispiel Fahrpedalposition, Getriebe-, Drehzahl- und Zündschlüsselstatus beinhalten.
Die Antriebsstrangsensoren 37 können Sensoren für die Motorlufteinlasstemperatur, die Zylinderkopfmetallkörpertemperatur, die Motorkühlmittelauslasstemperatur, Motordrehzahl, den Motorluftstrom und die Motorkraftstoffanforderung beinhalten.
Die Heiz- und Kühlsensoren können Umgebungslufttemperatur, Umgebungsdruck, Klimatisierung, Fahrgastraumtemperatureinstellungen und Gebläsesteuereinstellungen sowie Kühlerlüfterstatus beinhalten.
Die obigen Listen von Sensoren sind nur beispielhaft.
Das Steuermodul 35 verarbeitet die Eingangssignale von den verschiedenen Sensoren und bestimmt die optimale Motortemperatur gemäß dem vorprogrammierten Motorkennfeld. Dann wird das Ventilstellglied 24 dahingehend aktiviert, den Strom durch das Ventil 23 in Abhängigkeit von der Beziehung zwischen der erforderlichen Motormetalltemperatur und der Motormetallisttemperatur und/oder des erforderlichen Kühlmitteldurchflusses erhöht oder verringert.

Claims

Kraftfahrzeugverbrennungsmotorkühlsystem mit einer Pumpe (12), die einen Einlass (15) zum Empfang von Kühlmittel aus dem Kühlkreislauf und einen das Kühlmittel zum Motor lenkenden Auslass (16) aufweist, wobei der Auslass (16) ein Strömungsdrosselventil (23) darin aufweist, das zur Änderung der Liefermenge der Pumpe (12) betätigbar ist, gekennzeichnet durch ein Steuermodul (35) zur Verarbeitung des Ventilzustands und mehrerer anderer Motor- und Fahrzeugszustände zur Bestimmung eines erforderlichen Kühlmittedurchflusses und zur dementsprechenden Erhöhung oder Verringerung des Stroms durch das Ventil.
System nach Anspruch 1, bei dem das Ventil von einem Stellglied (24) betätigt wird.
System nach Anspruch 2, bei dem das Stellglied (24) ein vakuumbetätigbares Stellglied ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Modul ein Ventilzustandssignal von einem Sensor (25) erhält.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Pumpe (12) eine Kreiselradpumpe ist.
System nach Anspruch 5, bei dem die Kreiselradpumpe (12) durch mechanische Mittel (13, 14) angetrieben wird.
System nach Anspruch 6, das eine Kreiselradwelle (21) mit einem Riemenscheibenrad (22) darauf aufweist, das im Gebrauch durch mit der Fahrzeugmotorkurbelwelle (14) verbundene Antriebsmittel (13) angetrieben wird.
Verfahren zur Steuerung des Kühlfluidstroms durch das Kühlsystem eines Verbrennungsmotors (11), das eine Umlaufpumpe (12) enthält, wobei die Fördermenge der Pumpe durch ein am Pumpenauslass (16) angeordnetes Strömungsdrosselventil (23) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom durch das Ventil als Reaktion auf den Ventilzustand und mehrerer anderer Motor- und Fahrzeugzustände erhöht oder verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Strom durch das Ventil durch ein Steuermodul erhöht oder verringert wird, das Signale von einem Ventilzustandssensor (25) und mehreren anderen Sensoren (36, 37, 38) verarbeitet.