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DE4041937A1 - Kuehlvorrichtung fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Kuehlvorrichtung fuer eine brennkraftmaschine

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DE4041937A1
DE4041937A1 DE4041937A DE4041937A DE4041937A1 DE 4041937 A1 DE4041937 A1 DE 4041937A1 DE 4041937 A DE4041937 A DE 4041937A DE 4041937 A DE4041937 A DE 4041937A DE 4041937 A1 DE4041937 A1 DE 4041937A1
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DE
Germany
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cooling fluid
bypass line
circulating
engine
cooling
Prior art date
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DE4041937A
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English (en)
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Sunao Fukuda
Kazuhiko Asano
Akihito Tanaka
Sumio Susa
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Publication date
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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, wie z. B. die eines Kraftfahrzeugs.
Fig. 9 zeigt eine herkömmliche Kühlvorrichtung, wobei ein Motor 301 und ein Radiator 302 miteinander über Leitungen 304 verbunden sind, durch welche ein Kühlfluid zum Kühlen des Motors 301 fließt, das von einer Wasserpumpe 303 angetrieben wird. Eine Bypassleitung 305 ist mit den Leitungen 304 verbunden, sowohl am Einlaßabschnitt und am Auslaßabschnitt des Radiators 302. Wenn die Temperatur des Kühlfluids, die aus dem Radiator 302 fließt, über einem vorbestimmten Wert ist, fließt das Kühlfluid in die Bypassleitung 305, um am Radiator 302 vorbeizufließen. Wenn die Temperatur von diesem unter dem vorbestimmten Wert ist, schließt ein Thermostatventil 306 die Bypassleitung 305 so, daß das Kühlfluid in den Radiator 302 fließt, um gekühlt zu werden. Eine Heizsäule 308 ist in der Leitung 304 vorgesehen. Um den Motor 301 effektiv zu kühlen, wird verlangt, daß die Kühleffizienz der Kühlvorrichtung gemäß dem Zustand des Motors 301 gesteuert wird, der sich häufig ändert. Die Wasserpumpe 303 wird durch den Motor 301 angetrieben, und die Abpumpleistung der Wasserpumpe 303 wird so bestimmt, daß eine Kavitation durch die Wasserpumpe 303 verhindert wird und daß eine Menge Wasser zirkuliert, selbst wenn der Motor 301 unter schlechtesten Bedingungen arbeitet, wobei das Kraftfahrzeug z. B. einen Anstieg mit geringer Geschwindigkeit hinauffährt.
In letzter Zeit nimmt die Motorstärke zu, und auch die Wärmemenge, die vom Motor an das Kühlfluid abgegeben wird, so daß verlangt wird, daß der Radiator und das Lüfterrad groß genug sind, um die Wärme effektiv abzugeben. Jedoch neigt der Platz für den Motorraum immer kleiner zu werden, so daß die Anforderungen schwer zu erfüllen sind. Eine der Ideen, um den Wärmeausgleich effektiver zu gestalten, ist die Abpumpleistung der Wasserpumpe immer größer zu machen, jedoch verursacht die Zunahme der Abpumpleistung der Wasserpumpe eine Kavitation, wenn die Wasserpumpe mit hoher Geschwindigkeit rotiert, und einen Leistungsverlust der Wasserpumpe, wenn es unnötig ist, den Motor so stark zu kühlen. Daher ist die Zunahme der Abpumpleistung der Wasserpumpe nicht zweckmäßig, und es ist schwer, die Menge des zirkulierenden Kühlfluids bei geringer Motordrehzahl und hoher Last zu erhöhen.
Das japanische ungeprüfte Gebrauchsmuster (Kokai) 63-1 90 520 zeigt eine Kühlvorrichtung, die eine zusätzliche Wasserpumpe 320 neben der Hauptwasserpumpe 303 hat, wie in Fig. 10 gezeigt wird. Da die Hauptwasserpumpe 303 durch den Motor 301 angetrieben wird, ändert sich häufig das Pumpvolumen der Hauptwasserpumpe 303 gemäß der Motordrehzahl. In bestimmten Zuständen der Hauptwasserpumpe 303 und der zusätzlichen Wasserpumpe 302 ergibt sich ein Engpaß an Kühlfluid oder ein Überschuß derselben. Es wird nicht genügend Kühlfluid gemäß der Motordrehzahl und der Last geliefert, nur erst durch das Vorsehen einer zusätzlichen Wasserpumpe 320.
Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen der Drehzahl der Wasserpumpe und dem Pumpvolumen. Das Pumpvolumen der Hauptwasserpumpe nimmt proportional zu der Drehzahl zu, wie es durch die Linie A in Fig. 3 gezeigt wird. Wenn die Drehzahl gering ist, was bedeutet, daß das Kraftfahrzeug den Anstieg bei geringer Geschwindigkeit hinauffährt oder der Motor 301 leerläuft, wird der Engpaß des Kühlfluids offenbar. Die gesamte Menge des Abpumpvolumens der Hauptwasserpumpe 303 und der zusätzlichen Wasserpumpe 320 wird durch die gebrochene Linie C dargestellt, die zeigt, daß das Pumpvolumen nicht enorm angestiegen ist. Der Grund, warum keine ausreichende Zunahme des Pumpvolumens erreicht wird, ist, daß das Kühlfluid, die von der zusätzlichen Wasserpumpe 320 abgepumpt wurde, wieder in den Einlaß der zusätzlichen Wasserpumpe 320 über die Bypassleitung 330 fließt. Solch ein Kurzschluß des Kühlfluids wird durch ein Ventil mit einer Durchlaßrichtung 331 in der Bypassleitung 330 verhindert.
Da das Ventil mit einer Durchlaßrichtung 331 einen Strömungswiderstand besitzt, wird die Menge des Kühlfluids, die über die Bypassleitung 330 und der zusätzlichen Wasserpumpe 320 fließt, aufgrund des Strömungswiderstandes des Ventils mit einer Durchlaßrichtung 331 und der zusätzlichen Wasserpumpe 320 bestimmt. Mit anderen Worten, sogar wenn der Motor 301 sich mit hoher Geschwindigkeit dreht und der Pumpbetrieb der zusätzlichen Wasserpumpe 320 nicht notwendig ist, fließt eine gewisse Menge von Kühlfluid in die zusätzliche Wasserpumpe 320 gemäß dem Widerstand des Ventils mit einer Durchlaßrichtung 331. Der Widerstand des Ventils mit einer Durchlaßrichtung 331 beschränkt auch den Fluß des Kühlmittels der von der Hauptwasserpumpe 303 abgepumpt wird. Der Widerstand des Ventils mit einer Durchlaßrichtung 331 ist nicht variabel entsprechend der Wärmebelastung des Motors 301.
Wie oben beschrieben, arbeitet die herkömmliche Kühleinrichtung nicht gut gemäß dem Motorzustand, der sich häufig ändert.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine ausreichende Menge von Kühlfluid zu erhalten, wenn eine hohe Kühlkapazität notwendig ist, so daß die Motorkühlleistung verbessert wird.
Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, hat die vorliegende Erfindung eine erste Umwälzeinrichtung um das Kühlfluid umzuwälzen und eine zweite Umwälzeinrichtung, die mit der ersten Umwälzeinrichtung in Reihe verbunden ist und das Kühlfluid unabhängig von der ersten Umwälzeinrichtung umwälzt, wenn die Temperatur des Kühlfluids über einem bestimmten Wert ist. Eine zweite Bypassleitung ist vorgesehen, die an der zweiten Umwälzeinrichtung vorbeiführt, und eine Ventilvorrichtung ist in der zweiten Bypassleitung vorgesehen. Die Ventilvorrichtung schließt den zweiten Bypass ab, sofern die Menge des Kühlfluids, die durch die erste und die zweite Umwälzeinrichtung zirkuliert, nicht über einem vorbestimmten Wert ist.
Die erste Umwälzvorrichtung wälzt das Kühlfluid mit der vom Motor erhaltenen Antriebsenergie um. Wenn die Temperatur das Kühlfluids höher als ein vorbestimmter Wert wird, beginnt die zweite Umwälzeinrichtung zu arbeiten und die Menge des zirkulierenden Kühlfluids wird erhöht.
Wenn die gesamte Menge des Kühlfluids, die durch die beiden Umwälzeinrichtungen umgewälzt wird, über die vorbestimmte Menge ansteigt, öffnet die Ventilvorrichtung die zweite Bypassleitung, so daß ein Teil des zirkulierenden Kühlfluids an der zweiten Umwälzvorrichtung vorbeifließt und in die zweite Bypassleitung fließt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen:
Fig. 1 stellt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform dar,
Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen ECU und anderen Teilen zeigt,
Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Motordrehzahl und dem Abpumpvolumen der Wasserpumpe zeigt,
Fig. 4 ist ein Diagramm, das den Betrieb des Lüfterrades, der zweiten Umwälzvorrichtung und der flußeinschränkenden Vorrichtungen zeigt,
Fig. 5 ist ein Flußdiagramm einer Ausführungsform,
Fig. 6 ist eine schematische Teilansicht einer anderen Ausführungsform,
Fig. 7 ist eine schematische Teilansicht der anderen Ausführungsform,
Fig. 8 ist eine schematische Teilansicht der anderen Ausführungsform,
Fig. 9 ist eine schematische Teilansicht einer herkömmlichen Vorrichtung,
Fig. 10 ist eine schematische Ansicht einer anderen herkömmlichen Vorrichtung,
Fig. 11 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der abgegebenen Wärmemenge des Radiators und einer Menge von Kühlfluid, das durch den Radiator fließt, zeigt,
Fig. 12 ist eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform,
Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht des wasserschaltenden Ventils aus Fig. 12,
Fig. 14 ist eine schematische Ansicht des wasserschaltenden Ventils,
Fig. 15 bis Fig. 17 sind Querschnittsansichten, die die Betriebsvorgänge des wasserschaltenden Ventils zeigen,
Fig. 18 und Fig. 19 sind schematische Ansichten, die die wesentlichen Teile der anderen Ausführungsform zeigen,
Fig. 20 ist eine Querschnittsansicht eines wasserschaltenden Ventils, und
Fig. 21(a) bis Fig. 21(d) sind schematische Ansichten, die den Betrieb des wasserschaltenden Ventils aus Fig. 20 zeigen.
Ein Motor 101 und ein Radiator 102 sind mit einer ersten Leitung 103 und einer zweiten Leitung 104 miteinander verbunden. Ein Ende 103a der ersten Leitung 103 ist mit einem Einlaß des Radiators 102 verbunden und das andere Ende 103b ist mit einem Zylinderkopf des Motors 101 verbunden. Ein Ende 104a der zweiten Leitung 104 ist mit einem Auslaß des Radiators 102 verbunden und das andere Ende 104b ist mit einem Zylinderblock des Motors 101 verbunden. Das Kühlfluid tauscht Wärme mit dem Motor 101 aus, so daß das Kühlfluid heiß wird. Das heiße Kühlfluid fließt in den Radiator 102 durch die erste Leitung 103 und tauscht Wärme mit der Luft aus, um gekühlt zu werden. Das kalte Kühlfluid fließt in den Motor 101 durch die zweite Leitung 104 und fließt aus dem Zylinderblock zu dem Zylinderkopf, um dabei den gesamten Motor 101 zu kühlen.
Eine erste Wasserpumpe 115 (eine erste Umwälzvorrichtung) ist in der zweiten Leitung 104 vorgesehen, die vom Motor 101 angetrieben wird und das Kühlfluid zwischen dem Motor 101 und dem Radiator 102 umwälzt.
Ein Ende der ersten Bypassleitung 105 ist mit der zweiten Leitung 104 stromaufwärts von der ersten Wasserpumpe 115 verbunden. Das andere Ende eine Radiatorbypassleitung 105 ist mit der ersten Leitung 103 verbunden, so daß das Kühlfluid, die in der ersten Leitung 103 fließt, bei dem Radiator 102 vorbeifließen kann.
Ein erstes wasserschaltendes Ventil 106 ist an dem Verbindungspunkt der ersten Bypassleitung 105 und der zweiten Leitung 104 angeordnet. Wenn die Temperatur des Kühlfluids, die von der ersten Leitung 103 in die erste Bypassleitung 105 fließt, geringer als ein vorbestimmter Wert ist, öffnet das erste wasserschaltende Ventil 106 die erste Bypassleitung 105. Wenn die Temperatur derselben höher ist als der vorbestimmte Wert, schließt das erste wasserschaltende Ventil 106 die erste Bypassleitung 105, so daß das gesamte Kühlfluid, die in der ersten Leitung 105 fließt, in den Radiator 102 fließt.
Ein Lüfterrad 130 ist hinter dem Radiator angeordnet, um Kühlluft dem Radiator 102 zuzuführen. Das Lüfterrad 130 wird durch einen Elektromotor 131 oder Ölmotor (nicht abgebildet) angetrieben.
Ein Sensor für die Wassertemperatur 140 zum Wahrnehmen der Temperatur des Kühlfluids, die aus dem Motor 101 kommt, ist in der ersten Leitung 103 vorgesehen. Ein Sensor für die Wandtemperatur zum Wahrnehmen der Wandtemperatur des Motors 101 kann anstelle des Sensors für die Wassertemperatur 140 vorgesehen werden.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, nimmt eine elektronische Steuereinheit (electrical control unit E. C. U.) 200 Signale auf von
einem Außenlufttemperatursensor 201, um die Temperatur der Luft außerhalb des Fahrzeuges wahrzunehmen,
einen Ansauglufttemperatursensor 202, um die Temperatur der in den Zylindern des Motors 101 angesaugten Luft wahrzunehmen,
einem negativen Drucksensor 203, um den Druck in der Ansaugleitung wahrzunehmen,
einem Geschwindigkeitssensor 204, um die Geschwindigkeit des Fahrzeuges wahrzunehmen,
einem Drehzahlsensor 205, um die Motordrehzahl wahrzunehmen, und
einem Sensor für die Wassertemperatur 206, um die Temperatur des Kühlfluids, die aus dem Motor 101 kommt, wahrzunehmen.
Die E. C. U. 200 berechnet die beste Bedingung für den Motor 101 und sendet Steuersignale zu dem ersten wasserschaltenden Ventil 106, der zweiten Wasserpumpe 120, dem zweiten wasserschaltenden Ventil 122 und dem elektrischen Motor 131.
Eine zweite Wasserpumpe (eine zweite Umwälzvorrichtung) 120 ist in der zweiten Leitung 104 stromaufwärts vor dem ersten wasserschaltenden Ventil 106 angeordnet. Die erste Wasserpumpe 115 und die zweite Wasserpumpe 120 sind miteinander in Reihe verbunden. Die zweite Wasserpumpe 120 wird durch einen Elektromotor (nicht abgebildet) angetrieben und dreht unabhängig von der Motordrehung. Eine zweite Bypassleitung 121 ist mit der zweiten Leitung 104 in der Art verbunden, daß das Kühlfluid an der zweiten Wasserpumpe 120 vorbeifließt. Ein Ende 121a der zweiten Bypassleitung 121 ist mit der zweiten Leitung 104 stromaufwärts von der zweiten Wasserpumpe 120 verbunden, und das andere Ende 121b ist mit der zweiten Leitung 104 stromabwärts von dem ersten wasserschaltenden Ventil 106 verbunden.
Die Pumpkapazität der zweiten Wasserpumpe 120 ist folgendermaßen bestimmt. Wie in Fig. 3 gezeigt, nimmt das Pumpvolumen der ersten Wasserpumpe 115 proportional zu der Motordrehzahl zu. Die maximale Pumpkapazität der ersten Wasserpumpe 115 wird so bestimmt, daß Kavitation zum Zeitpunkt der maximalen Drehzahl verhindert wird. Der Radiator 102 fordert eine hohe Wärmeabgabeeffizienz, wenn das Fahrzeug mit langsamer Geschwindigkeit die Steigung hinauffährt oder der Motor leerläuft. Die Pumpkapazität der zweiten Wasserpumpe 120 wird so bestimmt, daß die Menge des zirkulierenden Kühlfluids zunimmt, wenn die erste Wasserpumpe 115 auf niedriger Geschwindigkeit dreht.
In Fig. 11 stellt eine Linie X die Beziehung zwischen der Menge von Kühlfluid und der Menge der vom Radiator zu einer Zeit abgegebenen Wärmemenge dar, wenn die Geschwindigkeit der Luft, die durch den Radiator strömt, relativ gering ist. Eine Linie Y stellt dasselbe zu der Zeit dar, wenn die Geschwindigkeit der Luft mittel ist, und eine Linie Z stellt dasselbe zu der Zeit dar, wenn die Geschwindigkeit der Luft relativ hoch ist.
Je mehr die Menge des Kühlfluids Vw zunimmt, desto mehr nimmt die abgegebene Wärmemenge Qr zu, wie in Fig. 11 gezeigt, bis die Menge des Kühlfluids Vw einen gewissen Wert erreicht. Danach wird die abgegebene Wärmemenge fast konstant. Ein Punkt K, bei dem die abgegebene Wärmemenge fast konstant wird, ändert seine Stellung, gemäß der Geschwindigkeit Va der Luft, die durch den Radiator 102 strömt. Eine Linie 11 verbindet jeden Punkt K der Linien X, Y und Z und stellt das Maximum der Wärmeabgabe des Radiators 102 dar. Mit anderen Worten, wenn die Geschwindigkeit Va der Luft und die abgegebene Wärmemenge Qr des Radiators bestimmt werden, wird die Menge Vw des Kühlfluids abgeleitet, bei der der Radiator 102 am effektivsten betrieben wird.
Wenn das Fahrzeug eine Steigung mit geringer Geschwindigkeit hinauffährt oder der Motor leerläuft, nimmt die Luftmenge nicht so sehr zu gemäß der Geschwindigkeit des Fahrzeuges. Die Luftmenge, die durch den Radiator 102 strömt, hängt von der Leistungsfähigkeit des Lüfterrades 130 ab. Daher wird die Geschwindigkeit Va der Luft, die durch den Radiator 102 strömt, aufgrund der Leistungsfähigkeit des Lüfterrades 130 abgeleitet. Die Leistungsfähigkeit des Radiators 102 beruht auf seiner Größe und wird daher von der Anordnung des Radiators im Motorraum abgeleitet, so daß die Menge Vw des Kühlfluids abgeleitet wird, wenn der Radiator 102 am effektivsten arbeitet.
Die Leistungsfähigkeit der zweiten Wasserpumpe 120 wird in einer solchen Art und Weise bestimmt, daß das gesamte Abpumpvolumen der ersten Wasserpumpe 115 und der zweiten Wasserpumpe 120 die Menge Vw des Kühlerfluids erreicht.
Ein zweites Steuerventil 122, das die zweite Bypassleitung 121 abwechselnd öffnet oder schließt, wird wahlweise in der zweiten Bypassleitung 121 angeordnet.
Der Betrieb der Ausführung wird nun beschrieben.
Die erste Wasserpumpe 115 beginnt durch die von dem Motor empfangene Antriebsenergie sich zu drehen. Die erste Wasserpumpe 115 führt des Kühlfluids in den Motor 101 ein. Das Kühlfluid, die durch den Motor 101 strömte und heiß wird, fließt in den Radiator 102. Das heiße Kühlfluid tauscht die Wärme mit der Außenluft aus, während sie im Radiator 102 fließt, so daß das Kühlfluid sich abkühlt. Das kalte Kühlfluid fließt durch die zweite Leitung 104 und in die erste Wasserpumpe 115.
Wenn die Temperatur des Kühlfluids, die durch den Sensor 140 wahrgenommen wird, unter einem vorbestimmten Wert ist (z. B. unter 40° bis 80°C), sendet die E. C. U. 200 Signale an das erste Steuerventil 106 zum Öffnen der ersten Bypassleitung 105. Ein gewöhnliches Wachstypthermostat kann als erstes Kontrollventil 106 anstatt einem elektrischen Kontrollventil verwendet werden. Das Kühlfluid fließt durch die erste Bypassleitung 105 und fließt an dem Radiator 102 vorbei. Wenn die Temperatur des Kühlfluids, die durch den Sensor 140 wahrgenommen wird, 40° bis 60°C erreicht, beginnt das erste Steuerventil 106 die erste Bypassleitung 105 zu schließen. Wenn die Temperatur des Kühlfluids 80°C erreicht, schließt das erste Steuerventil 106 die erste Bypassleitung 105 perfekt. Die Temperatur des Kühlfluids zum Schließen der ersten Bypassleitung 105 kann geändert werden, gemäß der Außenlufttemperatur und dem Motorzustand.
Wenn die erste Wasserpumpe 115 durch den Motor 101 angetrieben wird, sind die Motordrehzahl und die Abpumpkapazität der ersten Wasserpumpe 115 proportional zueinander. Im allgemeinen, wenn die Motordrehzahl ungefähr 3000 Umdrehungen/Minute beträgt, ist die Abpumpkapazität der ersten Wasserpumpe ungefähr 70 bis 150 Liter/Minute. Je mehr die Motordrehzahl zunimmt, desto mehr nimmt die Menge des Kühlfluids zu, wie Linie A in Fig. 3 zeigt.
Das zweite Steuerventil 112 schließt die zweite Bypassleitung 121 und die zweite Wasserpumpe 120 wird durch einen elektrischen Motor angetrieben. Wenn die Motordrehzahl unter N1 (3000 bis 4000 Umdrehungen/Minute) ist, nimmt die Menge des Kühlfluids durch die zweite Wasserpumpe 120 neben der ersten Wasserpumpe 115 zu. Wenn die Motordrehzahl über N1 ist, arbeitet die zweite Wasserpumpe 120 als ein Strömungswiderstand und mindert die Menge des Kühlfluids.
Andererseits wird, wie durch die Linie B in Fig. 3 gezeigt, wenn das zweite Steuerventil 122 die zweite Bypassleitung 121 öffnet, die gesamte Menge des Kühlfluids in einem Gesamtbereich der Motordrehzahl erhöht wird, mehr als wenn nur die erste Wasserpumpe 115 betrieben. Jedoch könnte das Kühlfluid in der zweiten Bypassleitung 121 zirkulieren, so daß die Menge des Kühlfluids nicht zunimmt, wenn der Motor unter hoher Last auf geringer Geschwindigkeit dreht.
Wie in Fig. 4 gezeigt, wird der elektrische Motor 131, die zweite Wasserpumpe 120 und das zweite Steuerventil 122 gemäß der Temperatur Tw des Kühlfluids gesteuert. Wenn die Temperatur Tw unter T1 (40° bis 80°C) ist, wird das Lüfterrad 130 und die zweite Wasserpumpe 120 nicht angetrieben und das zweite Steuerventil 122 schließt die zweite Bypassleitung 121. Solch ein Betrieb wird Betrieb I genannt.
Wenn die Temperatur Tw über T1 ist, wird das Lüfterrad 130 angetrieben und das zweite Steuerventil 122 öffnet die zweite Bypassleitung 121. Solch ein Betrieb wird Betrieb II genannt.
Wenn die Temperatur Tw über T2 (80° bis 100°C) ist, wird die zweite Wasserpumpe 120 angetrieben und das zweite Steuerventil 122 wird gemäß der Motordrehzahl und dessen Dauer gesteuert (Betrieb III). Im Betrieb III, wenn das zweite Steuerventil 122 die zweite Bypassleitung 121 öffnet, wird ein solcher Zustand Betrieb III1 genannt, und wenn das zweite Steuerventil 122 die zweite Bypassleitung 121 schließt, wird ein solcher Zustand Betrieb III2 genannt.
Der Betrieb der E. C. U. 200 wird ausgeführt, nachdem der Motor 101 startet wie in Fig. 5 angezeigt.
Wenn beim Schritt 1001 aufgrund des Signals des Sensors 140 erkannt wird, daß die Temperatur Tw des Kühlfluids unter T1 ist, wird der Schritt 1002 (Betrieb I) ausgeführt.
Beim Schritt 1002 wird das elektrische Lüfterrad 130 nicht betrieben und das zweite Steuerventil 122 schließt die zweite Bypassleitung 121. Die erste Wasserpumpe 115 wird durch den Motor 101 angetrieben und das Kühlfluid wird in den Motor 101 eingeführt. Das Kühlfluid zirkuliert durch den Motor 101, die erste Leitung 103, den Radiator 102 und die zweite Leitung 104. Da die Temperatur des Kühlfluids relativ gering ist, arbeitet das Lüfterrad 130 nicht und die Menge des Kühlfluids ist beschränkt. Ein Teil des Kühlfluids, das in der ersten Leitung 103 fließt, fließt in die zweite Bypassleitung 105 um ein Überkühlen des Motors 101 zu verhindern und um die Temperatur des Kühlfluids rasch anzuheben. Danach wird der Schritt 1001 wieder in einigen Mikrosekunden ausgeführt.
Wenn beim Schritt 1001 erkannt wird, daß die Temperatur Tw über T1 ist, wird der Schritt 1003 ausgeführt.
Wenn beim Schritt 1003 gemäß dem Signal des Sensors 140 erkannt wird, daß die Temperatur Tw unter T2 ist, wird der Schritt 1004 ausgeführt. Beim Schritt 1004 wird das Lüfterrad 130 betrieben und das zweite Steuerventil 122 öffnet die zweite Bypassleitung 121. Das Lüfterrad 130 wird durch den elektrischen Motor 131 angetrieben und Kühlluft wird dem Radiator 102 zugeführt, um so das Kühlfluid, die im Radiator 102 fließt, abzukühlen. Ein Teil des Kühlfluids, die in der zweiten Leitung 104 fließt, wird in die zweite Bypassleitung 121 eingeführt und ein anderer Teil von dieser wird in den Motor 101 eingeführt, nachdem er bei der zweiten Wasserpumpe 122 vorbeifloß. Der Druckverlust des Kühlfluids wird durch das Vorbeifließen an der zweiten Wasserpumpe 122 verhindert. Gemäß der Erhöhung der Temperatur des Kühlfluids, wird das Kühlfluid gekühlt und die Menge des Kühlfluids wird erhöht, so daß die Temperatur des Kühlfluids auf einer geeigneten Temperatur (T1 bis T2) gehalten wird und der Motor 101 effizient gekühlt wird.
Wenn im Schritt 1003 erkannt wird, daß die Temperatur Tw des Kühlfluids über T2 (80° bis 100°C) ist, wird der Schritt 1005 ausgeführt.
Wenn beim Schritt 1005 gemäß dem Signal des Sensors 205 erkannt wird, daß die Motordrehzahl Ne unter N1 ist, wird der Schritt 1006 ausgeführt.
Wenn beim Schritt 1006 gemäß dem Signal des Timers 206 erkannt wird, daß die Dauer T über T1 (10 Sekunden bis 1 Minute) ist, wird der Schritt 1007 ausgeführt.
Beim Schritt 1007 wird das Lüfterrad 130 und die zweite Wasserpumpe 120 angetrieben und das zweite Steuerventil 122 schließt die zweite Bypassleitung 121. Die Menge der Kühlflüssigkeit, die durch den Motor 101, die erste Leitung 103, den Radiator 102 und die zweite Leitung 104 fließt, nimmt zu, wie es durch die Linie B in Fig. 3 gezeigt wird, so daß die Temperatur der Kühlflüssigkeit auf einer geeigneten Temperatur (T1-T2) gehalten wird.
Danach wird der Schritt 1001 wieder ausgeführt. Wenn die Temperatur Tw 40° bis 80°C wird, öffnet das erste Steuerventil 106 die erste Bypassleitung 105 und das Kühlfluid fließt in die erste Bypassleitung 105. Wenn erkannt wird, daß die Motordrehzahl Ne über N1 ist, wird der Schritt 1008 (der Betrieb III2) ausgeführt.
Wenn beim Schritt 1008 gemäß dem Signal des Timers 206 erkannt wird, daß die Dauer T über T1 (5 bis 10 Minuten) ist, wird der Schritt 1009 ausgeführt. Beim Schritt 1009 beginnt das Lüfterrad 130 sich zu drehen, die zweite Wasserpumpe 120 wird betrieben und das zweite Steuerventil 122 öffnet die zweite Bypassleitung 121. Das Kühlfluid zirkuliert durch den Motor 101, die erste Leitung 103, den Radiator 102 und die zweite Leitung 104, und der Überschuß des Kühlfluids fließt in die zweite Bypassleitung 121. Die Menge des Kühlfluids wird erhöht, wie durch die Linie C in Fig. 3 gezeigt ist. Wenn die Temperatur des Kühlfluids relativ hoch ist und die Motordrehzahl hochgehalten wird, fließt das Kühlfluid an der zweiten Wasserpumpe 122 vorbei um die Menge des Kühlfluids zu erhöhen, so daß die Temperatur des Kühlfluids auf T1 bis T2 gehalten wird.
Wenn die Temperatur Tw beim Schritt 1001 40° bis 80°C erreicht, öffnet das erste Steuerventil 106 die erste Bypassleitung 105 und das Kühlfluid fließt durch die erste Bypassleitung 105.
Wenn beim Schritt 1006 und beim Schritt 1008 erkannt wird, daß die Dauer T unter T1 (10 bis 60 Sekunden) ist, wird der Schritt 1010 ausgeführt. Wenn das zweite Steuerventil 122 die zweite Bypassleitung 121 schließt, wird der Schritt 1007 ausgeführt, und wenn das zweite Steuerventil 122 die zweite Bypassleitung 121 öffnet, wird der Schritt 1009 ausgeführt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben ist, kann die Menge das Kühlfluid erhöht werden gemäß der Kapazität des Radiators 102, selbst wenn das Fahrzeug mit geringer Geschwindigkeit läuft. Besonders wenn das Fahrzeug die Steigung mit geringer Geschwindigkeit hinauffährt oder der Motor mit geringer Geschwindigkeit dreht, kann die Menge des Kühlfluids erhöht werden, um ausreichend zu sein, was mit nur einer Wasserpumpe nicht erreicht wird, so daß die Kühleffektivität des Motors verbessert wird. Ferner, sogar wenn das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit läuft, wird die Menge des Kühlfluids ausreichend gehalten, um den Motor effizient zu kühlen. Der Motor wird gemäß dem Fahrzustand des Fahrzeuges, der häufig wechselt, gekühlt.
Da die zweite Bypassleitung 121 auch am ersten Kontrollventil 106 vorbeiführt, kann der Strömungswiderstand gemäß zu dem ersten Steuerventil 106 vernachlässigt werden.
Wie in Fig. 6 gezeigt wird, kann ein Ende 121a der zweiten Bypassleitung 121 mit der zweiten Leitung 104 stromaufwärts von der zweiten Wasserpumpe 120 verbunden werden, und das andere Ende 121b der zweiten Bypassleitung 121 kann mit der zweiten Leitung 104 stromaufwärts von dem ersten Steuerventil 106 verbunden werden.
Wie in Fig. 7 gezeigt wird, kann die zweite Wasserpumpe 120 stromabwärts von dem ersten Steuerventil 106 angeordnet werden, wobei ein Ende 121a der zweiten Bypassleitung 121 mit der zweiten Leitung 104 zwischen dem ersten Steuerventil 106 und der zweiten Wasserpumpe 120 verbunden werden kann, und das andere Ende 121b der zweiten Bypassleitung 121 kann mit der zweiten Leitung stromaufwärts der zweiten Wasserpumpe 120 verbunden werden.
Wie in Fig. 8 gezeigt wird, kann die zweite Wasserpumpe 120 stromabwärts von dem ersten Steuerventil angeordnet werden, und die zweite Bypassleitung 121 kann stromaufwärts von dem ersten Steuerventil 106 und stromabwärts von der zweiten Wasserpumpe 120 verbunden werden.
Die erste Wasserpumpe 115 und die zweite Wasserpumpe 120 können in der ersten Leitung angeordnet werden. Nur eine vor der ersten Wasserpumpe 115 oder der zweiten Wasserpumpe 120 kann in der ersten Leitung 103 angeordnet werden.
Wenn der Öffnungsdruck des Radiatordeckels (nicht abgebildet) betrachtet wird, sollte die erste Wasserpumpe 115 in der zweiten Leitung 104 nahe dem Motor 101 vorgesehen sein, und die zweite Wasserpumpe 120 sollte stromaufwärts von der ersten Wasserpumpe 115 vorgesehen sein.
Ein elektrisches Ventil, das die Menge des Kühlfluids steuert oder ein elektrisches Ventil, das die Leitung wahlweise öffnet oder schließt, kann als zweites Steuerventil 122 verwendet werden. Die erste Wasserpumpe 115 kann durch Öldruck oder Abgase angetrieben werden.
Eine elektromagnetische Kupplung (nicht abgebildet) kann zwischen der ersten Wasserpumpe 115 und dem Motor 101 angeordnet werden. Wenn die Pumpmenge der ersten Wasserpumpe 115 einen bestimmten Wert überschreitet, trennt die elektromagnetische Kupplung die erste Wasserpumpe 115 und den Motor 101. Daher wird die Druckdifferenz zwischen Ansaugbereich und Abgabebereich der ersten Wasserpumpe 115 verringert, um so Kavitation in der ersten Wasserpumpe 115 zu verhindern. Das zweite Steuerventil 122 kann gemäß der Menge Kühlfluids, das zirkuliert, gesteuert werden.
Fig. 2 zeigt eine andere Ausführung der vorliegenden Erfindung. Das erste Steuerventil 106 und das zweite Steuerventil 122 sind zu einem Steuerventil 405 kombiniert. Das Steuerventil 405 ist am Kreuzungspunkt der ersten Bypassleitung 109, der zweiten Leitung 104 und der zweiten Bypassleitung 121 angeordnet.
Wie in Fig. 13 gezeigt wird, umfaßt das Steuerventil 405 ein zylindrisches Gehäuse 406, wobei ein Durchlaß 407 als ein Teil der zweiten Leitung 104 gebildet ist. Der Durchlaß 407 ist mit der ersten Bypassleitung 109 und einer ersten Öffnung 405d und mit einer zweiten Bypassleitung 121 an einer zweiten Öffnung 405c verbunden. Das Gehäuse 406 hat auch eine dritte Öffnung 405d und eine vierte Öffnung 405a.
Ein zylindrisches erstes Ventil 415 wird in dem Gehäuse 406 drehbar angeordnet zum Aufrechterhalten einer Wasserdichtung gegen die innere Oberfläche des Gehäuses 406. Ein zweites Ventil 425, das in Fig. 14 gezeigt wird, ist im ersten Ventil 415 drehbar angeordnet zum Aufrechterhalten einer Wasserdichtung gegen die innere Oberfläche des ersten Ventils 415. Das erste Ventil 415 hat eine Achse 415a, auf die Antriebskräfte von einem Schrittmotor oder einem Servomotor (nicht abgebildet) übertragen werden. Das zweite Ventil 425 hat eine Achse 425a, die eine Antriebskraft von einem Schrittmotor oder einem Servomotor (nicht abgebildet) erhält.
Das Gehäuse 406 ist aus Harz gemacht, zum Beispiel Polypropylen oder Nylon. Metallisches Material, z. B. Messing, kann auch anstatt von Harz verwendet werden.
Wie in Fig. 14 gezeigt, haben das erste Ventil 415 und das zweite Ventil 425 Öffnungen 420, 421 und 422, und die Flußrichtung des Durchlasses 407 wird durch das Öffnen oder Schließen der Öffnungen 420, 421 und 422 geändert. Der Antriebsmotor, der das erste Ventil 415 und das zweite Ventil 425 dreht, wird durch die EKO 200 gesteuert, gemäß den Signalen der Sensoren.
Der Betrieb der anderen Ausführung, die in Fig. 12 gezeigt wird, wird nun beschrieben. Wenn der Sensor 206 wahrnimmt, daß die Temperatur des Kühlfluids unter dem ersten Wert (40-80°C) ist, treibt der Motor das erste Ventil 415 und das zweite Ventil 425 zu einer Stellung an, wobei die vierte Öffnung 405a, die mit der zweiten Leitung 104 verbunden ist, und die erste Öffnung 405d, die mit der ersten Bypassleitung 105 verbunden ist, miteinander verbunden werden und die dritte Öffnung 405b, die mit der zweiten Wasserpumpe 120 verbunden ist, und die zweite Öffnung 405c, die mit der zweiten Bypassleitung 121 verbunden ist, geschlossen werden. Das Kühlfluid, abgepumpt von dem Motor 101, fließt in die erste Bypassleitung 105, um am Radiator 102 vorbeizuströmen.
Wenn der Sensor 206 wahrnimmt, daß die Temperatur des Kühlfluids über dem ersten Wert (40-80°C) und unter dem zweiten Wert (80-100°C) ist, treibt der Motor das erste Ventil 415 und das zweite Ventil 425 in die Stellung an, wobei die Fläche der ersten Öffnung 405d verringert wird. Die dritte Öffnung 405b ist auf ein gewisses Maß geöffnet, wie in Fig. 16 gezeigt wird. Das Kühlfluid, das in die erste Bypassleitung 105 fließt und das Kühlfluid, das in die zweite Leitung 104 zu der zweiten Wasserpumpe 120 durch den Radiator 102 fließt, umfaßt die Menge, die durch das erste Ventil 415 und das zweite Ventil 425 gesteuert wird. Die zweite Wasserpumpe 120 wird nicht durch den Motor (nicht abgebildet) angetrieben, um die Menge des Kühlfluids zu erhöhen. Die zweite Wasserpumpe 120 arbeitet als Flußwiderstand. Das erste Ventil 415 und das zweite Ventil 425 werden so gesteuert, daß die Menge des Kühlfluids, die in der ersten Bypassleitung 105 und in dem Radiator 102 fließt, gemäß der Änderung der Temperatur des Kühlfluids geändert wird. Die Änderung der Temperatur des Kühlfluids wird auf Grund der Signale des Temperatursensors 206, des Außenlufttemperatursensors 201, des Ansaugluftsensors 202, des Ansaugluftdrucksensors 203, des Geschwindigkeitsensors 204 und des Drehzahlmessers 205 abgeschätzt. Das erste Ventil 415 und das zweite Ventil 425 werden gemäß der Abschätzung gesteuert.
Wenn der Sensor 206 wahrnimmt, daß die Temperatur des Kühlfluids über dem 2. Wert (80-100°C) ist, wird das erste Ventil 415 angetrieben, um die erste Öffnung 405d zu schließen, die mit der ersten Bypassleitung 105 verbunden ist, wie in Fig. 13 und Fig. 17 gezeigt wird, so daß das gesamte Kühlfluid in den Radiator 102 fließt. Die abgegebene Wärmemenge des Radiators wird auf Grund der Signale von den Sensoren 201 bis 206 berechnet. Die zweite Wasserpumpe 120 beginnt zu drehen, wenn für den Radiator 102 eine höhere Wärmeabgabe verlangt wird.
Das zweite Ventil 425 schließt die zweite Öffnung 405c, die mit der zweiten Bypassleitung 121 verbunden ist, wie es in Fig. 13 gezeigt wird. Die erste Wasserpumpe 115 und die zweite Wasserpumpe 120 werden in Reihe betrieben, und der Radiator 102 gibt äußerst effektiv Wärme ab.
Wenn die Motordrehzahl über N1 ist, dreht sich die zweite Wasserpumpe 120 nicht, sogar wenn die Temperatur des Kühlfluids über dem zweiten Wert (80-100°C) ist. In solch einem Fall wird das zweite Ventil 425 angetrieben, so daß die zweite Öffnung 405c geöffnet wird, die mit der zweiten Bypassleitung 121 verbunden ist, wie in Fig. 17 gezeigt. Das Kühlfluid fließt zu der 4. Öffnung 405a durch die zweite Bypassleitung 120, aber zur zweiten Wasserpumpe 120.
In der Ausführung aus Fig. 12 wird, da das Steuerventil 405 die Menge des Kühlfluid steuert, die in der ersten Bypassleitung 105, der zweiten Bypassleitung 121 und der zweiten Wasserpumpe 120 fließt, die Temperaturschwankungen des Kühlmittels auf einem Minimum gehalten. Das erste Ventil 415 und das zweite Ventil 425 werden gemäß der Abschätzung der Wärmebelastung aufgrund der Signale der Sensoren 201-205 angetrieben, so daß die Temperaturschwankungen des Kühlfluids gut verhindert werden.
Wie in Fig. 18 gezeigt wird, kann die zweite Wasserpumpe 120 stromabwärts von dem Steuerventil 405 angeordnet werden.
Wie in Fig. 19 gezeigt wird, kann ein Heizstab 500 stromaufwärts von der zweiten Wasserpumpe 120 vorgesehen werden. Eine dritte Bypassleitung 501, die bei der zweiten Wasserpumpe 120 vorbeiführt, ist vorgesehen, um eine Abnahme des Kühlfluids, die in dem Heizstab 500 fließt, zu verhindern, wenn die zweite Wasserpumpe 120 sich nicht dreht. Ein Rückschlagventil 502 ist in der dritten Bypassleitung 501 vorgesehen.
Fig. 20 zeigt die andere Ausführung der vorliegenden Erfindung, wobei das Steuerventil 405 modifiziert ist. Das Steuerventil 405 schließt das erste Ventil 455 ein, das die erste Öffnung 405d, die zweite Öffnung 405c, die dritte Öffnung 405b und die vierte Öffnung 405a abwechselnd öffnet oder schließt. Fig. 21 zeigt den Betrieb des Steuerventils 405. In Fig. 21a fließt das Kühlfluid in die erste Bypassleitung 105. In Fig. 21b fließt das Kühlfluid in die erste Bypassleitung 105 und die zweite Leitung 104. In Fig. 21d ist die erste Öffnung 405a geschlossen, die zweite Öffnung 405c ist geöffnet, und die zweite Wasserpumpe 120 wird nicht angetrieben. In Fig. 21d sind die erste Öffnung 405a und die zweite Öffnung 405c geschlossen und die zweite Wasserpumpe 120 wird nicht angetrieben. Der andere Betriebszustand des Steuerventils 455 ist derselbe wie der des Steuerventils, das in Fig. 12 gezeigt wird.
Kühlvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, der eine zusätzliche Wasserpumpe und eine Bypassleitung hat, die an der zusätzlichen Wasserpumpe vorbeiführt. Wenn die abgegebene Wärmemenge des Radiators nicht ausreichend ist, wird die zusätzliche Wasserpumpe durch einen elektrischen Motor angetrieben. Wenn die zusätzliche Wasserpumpe nicht notwendig ist, wird die Bypassleitung geöffnet, so daß das Kühlfluid an der zusätzlichen Pumpe vorbeifließt.

Claims (8)

1. Kühlvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch
einen Wärmeaustauscher (102) zum Kühlen des Kühlfluids eines Motors durch den Wärmeaustausch mit Luft;
eine erste Leitung (103), die das Kühlfluid in den Wärmeaustauscher von dem Motor leitet;
eine zweite Leitung (104), die das vom Wärmeaustauscher gekühlte Kühlfluid in den Motor leitet;
eine erste Umwälzeinrichtung (115) zum Umwälzen des Kühlfluids, die eine Antriebsenergie vom Motor erhält;
eine zweite Umwälzeinrichtung (120) zum Umwälzen des Kühlfluids unabhängig von der ersten Umwälzeinrichtung, wobei die zweite Umwälzeinrichtung in Reihe zu der ersten Umwälzeinrichtung angeordnet ist und das Kühlfluid umzuwälzen beginnt, wenn die Motortemperatur über einem vorbestimmten Wert ist;
eine Bypassleitung (121), die das Kühlfluid in der Art und Weise leitet, daß das Kühlfluid an der zweiten Umwälzeinrichtung vorbeifließt, wobei die Bypassleitung parallel zu der zweiten Umwälzeinrichtung vorgesehen ist; und
eine Ventilvorrichtung (405) zum Öffnen der Bypassleitung, wenn die Menge des Kühlfluids, die durch die erste Umwälzeinrichtung und die zweite Umwälzeinrichtung umgewälzt wird, über einem vorbestimmten Wert ist.
2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Umwälzeinrichtung eine einschränkende Vorrichtung hat zum Verringern der abgepumpten Menge von Kühlfluid, wenn die gesamte Menge des Kühlfluids über einem zweiten vorbestimmten Wert ist.
3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einschränkende Vorrichtung eine elektromagnetische Kupplung umfaßt, die die erste Umwälzvorrichtung von dem Motor trennt.
4. Kühlvorrichtung gekennzeichnet durch
einen Wärmeaustauscher zum Kühlen des Kühlfluids eines Motors durch Wärmeaustausch mit der Luft;
eine erste Leitung, die das Kühlfluid in den Wärmeaustauscher von dem Motor leitet;
eine zweite Leitung, die das von dem Wärmeaustauscher gekühlte Fluid in den Motor leitet;
eine erste Bypassleitung, die die erste Leitung mit der zweiten Leitung verbindet, um am Wärmetauscher vorbeizuführen;
eine erste Umwälzeinrichtung zum Umwälzen des Kühlfluids, die eine Antriebsenergie von dem Motor erhält;
eine zweite Umwälzvorrichtung zum Umwälzen des Kühlfluids unabhängig von der ersten Umwälzeinrichtung, wobei die zweite Umwälzeinrichtung in Reihe zu der ersten Umwälzeinrichtung angeordnet wird;
eine zweite Bypassleitung, die das Kühlfluid in der Art und Weise leitet, daß das Kühlfluid an der zweiten Umwälzeinrichtung vorbeifließt, wobei die Bypassleitung parallel zu der zweiten Umwälzeinrichtung vorgesehen ist; und
eine Ventileinrichtung zum Steuern der Strömungsmenge der Kühlfluid, die in der ersten Bypassleitung und der zweiten Bypassleitung fließt.
5. Kühlvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß gemäß der Temperatur des Kühlfluids, die Ventilvorrichtung die erste Bypassleitung öffnet, wenn die Temperatur des Kühlfluids unter einem ersten vorbestimmten Wert ist, die erste Bypassleitung öffnet, um einen Teil des Kühlfluids in die erste Bypassleitung einzuleiten, wenn die Temperatur des Kühlfluids zwischen dem ersten vorbestimmten Wert und einem zweiten vorbestimmten Wert ist, die erste Bypassleitung schließt, um das gesamte Kühlfluid in den Radiator einzuleiten, wenn die Temperatur des Kühlfluids über dem zweiten vorbestimmten Wert ist, und die zweite Bypassleitung öffnet, wenn die Menge an Kühlfluid über einem vorbestimmten Wert ist, gemäß einem Signal, das einer Menge an Kühlfluid, das durch die zweite Umwälzeinrichtung fließt, entspricht.
6. Kühlvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung die zweite Bypassleitung öffnet gemäß der Motordrehzahl.
7. Kühlvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung an einem Kreuzungspunkt der zweiten Leitung, der ersten Bypassleitung und der zweiten Bypassleitung angeordnet ist.
8. Kühlvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung ein zylindrisches Gehäuse umfaßt, in dem eine erste Öffnung, die die erste Bypassleitung mit der zweiten Leitung verbindet und eine zweite Öffnung, die die zweite Bypassleitung mit der zweiten Leitung verbindet, angeordnet sind, und ein Ventilkörper, der drehbar im Gehäuse angeordnet ist und die Menge des Kühlfluids steuert, das durch die zweite Leitung, die erste Öffnung und die zweite Öffnung fließt.
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