DE10014555A1 - Steuervorrichtung für den Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Eine Steuervorrichtung für den Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit zwei Kühlwasserteilströmen, insbesondere für einen V-Motor mit zwei Zylinderbänken, weist folgende Merkmale auf: eine in einem Ventilgehäuse drehbar angeordnete Steuereinrichtung, die mit Durchgangsöffnungen und Sperrwänden versehen ist, zwei in der Umfangswand des Ventilgehäuses angeordnete Zulauföffnungen für die beiden von den Zylinderbänken ausgehenden Kühlwasserteilströmen, eine in der Umfangswand des Ventilgehäuses angeordnete Kurzschlußöffnung für einen Kurzschlußkreislauf durch die beiden Zylinderbänke, eine in der Umfangswand des Ventilgehäuses angeordnete Kühleröffnung für einen Kühlwasserkreislauf zu einem Kühler. Die Winkelpositionen der beiden Zulauföffnungen, der Kurzschlußöffnung und der Kühleröffnung in der Umfangswand des Ventilgehäuses sind so gewählt, daß sich neben verschiedenen Öffnungspositionen auch eine Sperrstellung für die beiden Zulauföffnungen ergibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für den Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit zwei Kühl­ wasserteilströmen, insbesondere für einen V-Motor mit zwei Zylinderbänken.

Aus der DE 44 16 039 C1 ist ein Regelventil bekannt, bei welchem mittels eines als Drehschieber ausgebilde­ ten Ventilkörpers ein Zulauf wahlweise mit bis zu drei Abläufen verbunden werden kann.

Da lediglich ein Zulauf vorgesehen ist, ist es mit diesem bekannten Regelventil jedoch nicht möglich, zwei Kühlwasserteilströme einer Brennkraftmaschine zu regeln. Selbst wenn theoretisch einer der Abläufe als Zulauf umfunktioniert werden würde, was jedoch nicht vorgesehen ist, könnte das dort beschriebene Ventil nicht sämtliche für die Steuerung zweier Kühlwasser­ teilströme einer Brennkraftmaschine erforderlichen Stellungen einnehmen.

Die DE 198 09 124 A1 beschreibt eine Steuervorrichtung für den Kühl- und Heizungskreislauf einer Brennkraft­ maschine, bei welcher ebenfalls in einem Ventilgehäuse ein Drehschieber angeordnet ist. Ein Zulauf in das Ventilgehäuse erfolgt dabei in axialer Richtung, wo­ hingegen die Abläufe radial abzweigen.

Dieser axial einmündende Zulauf mag zwar für bestimmte Ausführungen von Brennkraftmaschinen durchaus anwend­ bar sein und entsprechende Vorteile mit sich bringen, es kommt hierdurch jedoch in axialer Richtung zu teil­ weise großen Bauraumproblemen, die den praktischen Einsatz der beschriebenen Vorrichtung häufig nicht erlauben.

Wird, wie aus dem allgemeinen Stand der Technik be­ kannt, bei der Steuerung zweier Kühlwasserteilströme die Zusammenführung dieser Teilströme vor der eigent­ lichen Steuervorrichtung durchgeführt, so ergeben sich daraus meist Bauraumprobleme.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung für den Kühlkreislauf einer Brenn­ kraftmaschine mit zwei Kühlwasserteilströmen zu schaf­ fen, bei welcher beide Teilströme in ein gemeinsames Gehäuse münden, welche einen sehr geringen Bauraum beansprucht und bei welcher eine Position eingestellt werden kann, in der die beiden eintretenden Kühlwas­ serteilströme vollständig abgeschlossen sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in An­ spruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Dadurch, daß erfindungsgemäß die beiden Zulauföffnun­ gen sowie die beiden Ablauföffnungen jeweils in der Umfangswand des Ventilgehäuses, also radial, angeord­ net sind, ergibt sich ein sehr geringer Bauraum für die erfindungsgemäße Steuervorrichtung, wodurch diese bei vielen verschiedenen Brennkraftmaschinen mit zwei Kühlwasserteilströmen eingesetzt werden kann. Die er­ findungsgemäße Steuervorrichtung ist besonders gut für Brennkraftmaschinen in V-Bauweise geeignet, da sie die hierfür erforderlichen beiden Zulauföffnungen besitzt, ohne die die bei solchen Brennkraftmaschinen vorhande­ nen zwei Kühlwasserteilströme in einem separaten Ge­ häuse zusammengeleitet werden müßten.

Erfindungsgemäß kann die in dem Ventilgehäuse angeord­ nete Steuereinrichtung neben verschiedenen Öffnungspo­ sitionen auch eine Sperrstellung für die beiden Zu­ lauföffnungen einnehmen, in der kein Kühlwasser aus der Brennkraftmaschine in das Ventilgehäuse strömt und eine Wärmemengenregelung möglich ist. Vorteilhaft ist des weiteren die erfindungsgemäße Zusammenführung der beiden Kühlwasserteilströme und deren Steuerung in einem Gehäuse.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispielen.

Es zeigt:

Fig. 1 die Anordnung der erfindungsgemäßen Steuer­ vorrichtung in einem Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine;

Fig. 2 eine erste Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Steuervorrichtung in einer ersten Posi­ tion;

Fig. 3 die Steuervorrichtung aus Fig. 2 in einer zweiten Position;

Fig. 4 die Steuervorrichtung aus Fig. 2 in einer dritten Position;

Fig. 5 die Steuervorrichtung aus Fig. 2 in einer vierten Position;

Fig. 6 eine zweite Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Steuervorrichtung in einer Position ge­ mäß Fig. 2;

Fig. 7 die Steuervorrichtung aus Fig. 6 in einer Po­ sition gemäß Fig. 3;

Fig. 8 die Steuervorrichtung aus Fig. 6 in einer Po­ sition gemäß Fig. 4;

Fig. 9 die Steuervorrichtung aus Fig. 6 in einer Po­ sition gemäß Fig. 5; und

Fig. 10 einen Schnitt nach der Linie X-X aus Fig. 7.

Die schematische Darstellung gemäß Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 in V-Bauweise mit zwei Zylinder­ bänken 2 und 3, in denen sich in an sich bekannter Weise Brennräume 4 befinden. Die Brennkraftmaschine 1 ist mit einem ebenfalls an sich bekannten Kühlkreislauf 5 versehen, in welchen ein Kühler 6 und eine Was­ serpumpe 7 integriert sind.

Die Wasserpumpe 7 pumpt über Leitungen 8 und 9 Kühl­ wasser zu den Zylinderbänken 2 und 3 der Brennkraftma­ schine 1, die nicht dargestellte Zylinderköpfe umfas­ sen.

Des weiteren ist eine Steuervorrichtung 10 für den Kühlkreislauf 5 vorgesehen, in welchen von der Zylin­ derbank 2 und 3 ausgehende Leitungen 11 und 12 münden. Die beiden Leitungen 11 und 12 stellen die Verbindung von zwei separaten Kühlwasserteilströmen aus den Zy­ linderbänken 2 und 3 mit dem restlichen Kühlkreislauf 5 dar. Zusätzlich verlaufen von der Steuervorrichtung 10 eine Leitung 13 zu der Wasserpumpe 7 und eine Lei­ tung 14 zu dem Kühler 6. Schließlich ist noch der Küh­ ler 6 mit der Wasserpumpe 7 über eine weitere Leitung 15 verbunden. Die Leitungen 8, 9, 11, 12, 13, 14 und 15 bilden somit den Kühlkreislauf 5 für die Brenn­ kraftmaschine 1. Selbstverständlich kann auch ein Hei­ zungskreislauf für die Brennkraftmaschine 1 vorgesehen sein, auf diesen wird jedoch im folgenden nicht näher eingegangen.

Die Steuervorrichtung 10, welche in der Lage ist, die Strömung innerhalb des Kühlkreislaufes 5 zu beeinflus­ sen, ist in den Fig. 2 bis 5 näher dargestellt. Sie weist ein Ventilgehäuse 16 auf, welches mit einer zy­ lindrischen Kammer 17 versehen ist, in der eine Steu­ ereinrichtung 18, in diesem Fall als ebenfalls zylin­ drischer Drehschieber 18a ausgebildet, angeordnet ist. In der Umfangswand des Ventilgehäuses 16 befinden sich zwei Zulauföffnungen 19 und 20, von denen die eine Zulauföffnung 19 in nicht dargestellter Art und Weise mit der Leitung 11 aus der ersten Zylinderbank 2 und die andere Zulauföffnung 20 in ebenfalls nicht darge­ stellter Art und Weise mit der Leitung 12 aus der zweiten Zylinderbank 3 verbunden ist.

In der Umfangswand des Ventilgehäuses 16 sind des wei­ teren eine Kurzschlußöffnung 21, an welche die Leitung 13 zu der Wasserpumpe 7 angeschlossen ist, und eine Kühleröffnung 22 angeordnet, welche mit der Leitung 14 zu dem Kühler 6 verbunden ist. Die eine Zulauföffnung 19 ist wenigstens annähernd gegenüberliegend der ande­ ren Zulauföffnung 20 angeordnet und es befindet sich jeweils zwischen den beiden Zulauföffnungen 19 und 20 auf der einen Seite die Kurzschlußöffnung 21 und auf der anderen Seite die Kühleröffnung 22.

Des weiteren ist erkennbar, daß die Kurzschlußöffnung 21 einen kleineren Querschnitt als die Kühleröffnung 22 aufweist und daß die eine Zulauföffnung 20 gegen­ über der anderen Zulauföffnung 19 über 180° - im vor­ liegenden Fall beträgt der Winkel ca. 190° - hinaus in Richtung auf die Kurzschlußöffnung 21 geneigt ist. Diese asymmetrische Anordnung der beiden Zulauföffnun­ gen 19 und 20 könnte umgekehrt werden, wenn die Küh­ leröffnung 22 einen kleineren Querschnitt als die Kurzschlußöffnung 21 aufweisen würde, was im vorlie­ genden Fall aus wärmetechnischen Gründen jedoch nicht sinnvoll wäre. Selbstverständlich wäre es auch mög­ lich, daß die Kurzschlußöffnung 21 und die Kühleröff­ nung 22 gleich groß sind. In der vorliegenden Ausfüh­ rungsform beträgt der Winkel zwischen der Zulauföff­ nung 19 und der Kühleröffnung 22 ca. 120°, zwischen der Zulauföffnung 19 und der Kurzschlußöffnung 21 ca. 240°; jeweils im Uhrzeigersinn gemessen.

Um die Zulauföffnungen 19 und 20 sowie die Kurzschluß­ öffnung 21 und die Kühleröffnung 22 öffnen und schlie­ ßen zu können, ist die Steuereinrichtung 18 an ihrem Umfang mit Durchgangsöffnungen 23 und Sperrwänden 24 versehen. Es sind jeweils zwei Durchgangsöffnungen 23 und zwei Sperrwände 24 vorgesehen, die jeweils einan­ der gegenüberliegen. Je nach Winkelstellung der Steu­ ereinrichtung 18 können also die Öffnungen 19, 20, 21 und 22 gesperrt oder geöffnet sein, wie im folgenden deutlicher wird.

In der in Fig. 2 dargestellten Position der Steuerein­ richtung 18 schließt eine der Sperrwände 24 die Küh­ leröffnung 22, wohingegen eine der Durchgangsöffnungen 23 die Kurzschlußöffnung 21 freigibt. Da auch die Zu­ lauföffnungen 19 und 20 freigegeben sind, wird von denselben lediglich die Kurzschlußöffnung 21 versorgt, so daß das aus den Zylinderbänken 2 und 3 über die Leitungen 11 und 12 in die Steuervorrichtung 10 gelan­ gende Kühlwasser über die Leitung 13, die Wasserpumpe 7 und die Leitungen 8 bzw. 9 wieder den Zylinderbänken 2 bzw. 3 zugeführt wird. Die andere Sperrwand 24 nimmt an einer von zwei beiderseits der Zulauföffnung 19 angeordneten Wandteilen des Ventilgehäuses 16 eine Rastposition ein. Da das Kühlwasser in dieser Position also nicht durch den Kühler 6 strömt, ist eine schnel­ le Erwärmung desselben gegeben, was insbesondere in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine 1 erwünscht ist. Die ausschließliche Strömung des Kühlwassers über die Kurzschlußöffnung 21 wird auch als Kurzschluß­ kreislauf bezeichnet.

Fig. 3 zeigt diejenige Position der Steuereinrichtung 18, in der sowohl die Kurzschlußöffnung 21 als auch die Kühleröffnung 22 für das über die Zulauföffnungen 19 und 20 in die Kammer 17 einströmende Kühlwasser zugänglich sind. Hier kann durch Einnehmen einer be­ stimmten Winkelposition durch die Steuereinrichtung 18 die dem Kühlerkreislauf bzw. dem Kurzschlußkreislauf zugeführte Kühlwassermenge verhältnismäßig genau ein­ gestellt werden.

In Fig. 4 ist durch eine der Sperrwände 24 die Kurz­ schlußöffnung 21 verschlossen, wohingegen die andere Sperrwand 24 die Kühleröffnung 22 vollständig freige­ geben hat, indem sie eine Rastposition an dem Ventil­ gehäuse 16 einnimmt. Diese einen sogenannten Kühler­ kreislauf des Kühlmittels ermöglichende Position der Steuereinrichtung 18 ist dann sinnvoll, wenn sich das Kühlwasser ausreichend erhitzt hat und es zur Kühlung dem Kühler 6 zugeführt werden soll.

Eine Position, in der beide Zulauföffnungen 19 und 20 durch die Sperrwände 24 vollständig geschlossen sind, zeigt Fig. 5. Dadurch wird es möglich, die Kühlwasser­ strömung vollständig zu unterbinden, so daß eine ra­ sche Aufheizung des Kühlwassers bei kalter Brennkraft­ maschine 1 erfolgen kann.

Es ist erkennbar, daß immer dann, wenn entweder die Kurzschlußöffnung 21 oder die Kühleröffnung 22 kom­ plett freigegeben werden soll, sich eine der beiden Sperrwände 24 in einem Bereich der Umfangswand 16 be­ findet, in welcher sie nicht in eine der Öffnungen 19, 20, 21 oder 22 ragt. Hierfür weisen die beiderseits der Zulauföffnung 19 angeordneten Wandteile des Ventilgehäuses 16 Umfangslängen auf, die wenigstens annä­ hernd den Umfangslängen der Sperrwände 24 entsprechen, und bilden somit Rastbereiche für die Sperrwände 24. Zugleich sind jedoch die Querschnittsgröße und somit auch die Umfangslängen der Sperrwände 24 derart ge­ wählt, daß sie wenigstens den Querschnitten bzw. Um­ fangslängen der Zulauföffnungen 19 und 20 entsprechen.

Bei einer gemeinsamen Betrachtung der Fig. 2, 3, 4 und 5 ist erkennbar, daß die Steuereinrichtung 18 zum Einnehmen der beschriebenen Positionen im Gegenuhrzei­ gersinn verdreht wurde, und zwar von der ersten Posi­ tion zur zweiten Position um einen Winkel α, der ca. 35° beträgt, von der ersten zur dritten Position um einen Winkel β von ca. 65° und von der ersten zur vierten Position um einen Winkel ξ, der ca. 118° be­ trägt.

Die Fig. 6 bis 9 zeigen eine alternative Ausfüh­ rungsform der Steuereinrichtung 18 für die Steuervor­ richtung 10, nämlich in der Form einer Drehwalze 18b. Die Positionen der Drehwalze 18b in den Fig. 6 bis 9 entsprechen dabei den jeweiligen Positionen der Fig. 2 bis 5. Die Drehwalze 18b ist im Prinzip als massiver, zylindrischer Körper ausgebildet, der in der Kammer 17 angeordnet ist und in seinem Inneren Bohrun­ gen 25, 26 und 27 aufweist, welche die Drehwalze 18b durchdringen. Wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 2 bis 5 weist auch die Drehwalze 18b dieselben Durchgangsöffnungen 23 und Sperrwände 24 auf und die einzelnen Positionen der Drehwalze 18b stimmen mit denjenigen des Drehschiebers 18a überein. Zwischen den Bohrungen 25 und 26 befindet sich darüber hinaus ein Leitelement 28 für die Kühlwasserströmung sowie zur Trennung der Bohrungen 25 und 26 voneinander.

Es wird deutlich, daß die Bohrung 25 und die Bohrung 27 in der Drehwalze 18b in der Position gemäß Fig. 6 dazu dienen, das Kühlwasser von den Zulauföffnungen 19 und 20 zu der Kurzschlußöffnung 21 zu leiten. Gleich­ zeitig leiten die Bohrungen 26 und 27 bei der Position gemäß Fig. 8 das Kühlwasser von den Zulauföffnungen 19 und 20 zu der Kühleröffnung 22.

In Fig. 10 ist ein Schnitt durch die Steuervorrichtung 10 dargestellt, aus der erkennbar ist, daß die Dreh­ walze 18b an einer Drehachse 29 aufgehängt und über eine Lagereinrichtung 30 in einem Deckel 31 gelagert ist. Die Drehachse 29 kann in bekannter Weise durch einen nicht dargestellten Elektromotor, z. B. einen Schrittmotor, angetrieben werden. Auf der der Drehach­ se 29 gegenüberliegenden Seite ist die Drehwalze 18b über einen Zapfen 32 in einer Ausnehmung 33 des Ven­ tilgehäuses 16 gelagert. Des weiteren geht aus Fig. 10 hervor, daß die Steuervorrichtung 10 an beiden Stirn­ seiten abgeschlossen ist.

Claims (10)

1. Steuervorrichtung für den Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit zwei Kühlwasserteilströ­ men, insbesondere für einen V-Motor mit zwei Zy­ linderbänken, mit folgenden Merkmalen:

• 1. 1.1 einer in einem Ventilgehäuse (16) drehbar angeordneten Steuereinrichtung (18), die mit Durchgangsöffnungen (23) und Sperrwänden (24) versehen ist,
• 2. 1.2 zwei in der Umfangswand des Ventilgehäuses (16) angeordneten Zulauföffnungen (19, 20) für die beiden von den Zylinderbänken (2, 3) ausgehenden Kühlwasserteilströme,
• 3. 1.3 einer in der Umfangswand des Ventilgehäuses (16) angeordneten Kurzschlußöffnung (21) für einen Kurzschlußkreislauf durch die beiden Zylinderbänke (2, 3),
• 4. 1.4 einer in der Umfangswand des Ventilgehäuses (16) angeordneten Kühleröffnung (22) für ei­ nen Kühlwasserkreislauf zu einem Kühler (6),
• 5. 1.5 die Winkelpositionen der beiden Zulauföff­ nungen (19, 20), der Kurzschlußöffnung (21) und der Kühleröffnung (22) in der Umfangs­ wand des Ventilgehäuses (16) sind so gewählt, daß sich neben verschiedenen Öff­ nungspositionen auch eine Sperrstellung für die beiden Zulauföffnungen (19, 20) ergibt.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zulauföffnungen (19, 20) wenigstens annähernd gegenüberliegend angeordnet sind und sich jeweils zwischen den beiden Zulauföffnungen (19, 20) die Kurzschlußöffnung (21) auf einer Sei­ te und die Kühleröffnung (22) auf der anderen Seite befinden.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrwände (24) der Steuereinrichtung (18) Querschnittsgrößen aufweisen, die wenigstens den Querschnitten der Zulauföffnungen (19, 20) ent­ sprechen.

4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiderseits einer Zulauföffnung (19) angeord­ neten Wandteile des Ventilgehäuses (16) Umfangs­ längen aufweisen, die wenigstens annähernd den Umfangslängen der Sperrwände (24) der Steuerein­ richtung (18) entsprechen.

5. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zulauföffnungen (19, 20) asymmetrisch angeordnet sind.

6. Steuervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußöffnung (21) und die Kühleröffnung (22) unterschiedliche Querschnitte aufweisen, wo­ bei eine der beiden Zulauföffnungen (20) gegen­ über der anderen Zulauföffnung (19) über 180° hinaus in Richtung auf die Öffnung (21) mit dem kleineren Querschnitt geneigt ist.

7. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußöffnung (21) einen kleineren Quer­ schnitt als die Kühleröffnung (22) aufweist.

8. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (18) als Drehschieber (18a) ausgebildet ist.

9. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (18) als Drehwalze (18b) ausgebildet ist, die in ihrem Inneren mit wenig­ stens einem Leitelement (28) für die Kühlwasser­ teilströme versehen ist.

10. Steuervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwalze (18b) Bohrungen (25, 26, 27) auf­ weist, welche dieselbe durchdringen.