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Die
Erfindung betrifft ein Thermostatventil für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Solche
Thermostatventile teilen in der Regel den Volumenstrom im Kühlmittelkreislauf
von einer Brennkraftmaschine in einen ersten Volumenstrom in einem
Kühlerkreislauf
und einen zweiten Volumenstrom in einem Kurzschlusskreislauf auf.
Um stillstehendes Kühlmittel
in der Brennkraftmaschine zu erzeugen und um den Volumenstrom im
Kühlmittelkreislauf
zu variieren ist es bekannt, eine schaltbare Wasserpumpe einzusetzen.
Diese Lösung
ist jedoch teuer und kann in leistungsstarken Dieselmotoren nicht
eingesetzt werden. Drei-Teller-Thermostate
hingegen sind sehr träge
und können
große
Druckverluste aufweisen. Zudem kann bei einer Verwendung in leistungsstarken
Dieselmotoren eine Überhitzung auftreten.
Die Anwendung von Drehschiebern ist ebenfalls teuer und erfordert
einen anspruchsvollen Stellmotor.
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In
der Offenlegungsschrift
DE
102 06 359 A1 wird ein Thermostatventil für den Kühlmittelkreislauf einer
Brennkraftmaschine beschrieben, welches als Zwei-Teller- Thermostatventil
ausgeführt
ist. Die beiden Ventilteller des Zwei-Teller-Thermostatventils bilden
gemeinsam ein Verschlussorgan zum Sperren der Durchflussöffnungen
des Ventils, wobei der erste Ventilteller zur Absperrung des Kühlerkreislaufs
vorgesehen ist und über
ein erstes Verstellelement in Form eines Dehnstoffelements verstellbar
ist, während
der zweite Ventilteller zur Absperrung des Kurzschlusskreislaufs
vorgesehen ist und mittels eines Federelements an den ersten Ventilteller
angehängt ist.
Die generelle Temperaturregelung des Zwei-Teller-Thermostatventils erfolgt über das
Dehnstoffelement, wobei in Abhängigkeit
von der Kühlmitteltemperatur
die Durchlässe
zum Kühlerkreislauf
und zum Kurzschlusskreislauf parallel laufend geöffnet oder geschlossen werden.
Diese Funktionalität
ist auf eine vorbestimmte Kühlmitteltemperatur
einstellbar, wobei sich prinzipiell entweder ein geöffneter
Kühlerkreislauf
oder ein geöffneter
Kurzschlusskreislauf ergibt. Durch einen gesonderten Antrieb kann
der zweite Ventilteller unabhängig
von der geschlossen Position des ersten Ventiltellers ebenfalls
von der geöffneten Position
in die geschlossene Position bewegt werden, so dass der Kühlerkreislauf
und der Kurzschlusskreislauf gesperrt sind, d.h. das Kühlmittel fließt weder
im Kühlerkreislauf
noch im Kurzschlusskreislauf, so dass stillstehendes Wasser in der Brennkraftmaschine
erzeugt wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Thermostatventil für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine
zur Verfügung
zu stellen, welches einfach und daher kostengünstig aufgebaut ist und einen
sicheren Betrieb ermöglicht.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch Bereitstellung eines Thermostatventils für einen
Kühlmittelkreislauf
einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist eine
Verstellung eines zweiten Ventilelements vollständig von einer Verstellung
eines ersten Ventilelements entkoppelt, wobei eine erste Antriebsvorrichtung
für das
erste Ventilelement als thermostatisches Arbeitselement ausgeführt ist,
und wobei eine zweite Antriebsvorrichtung das zweite Ventilelement
unabhängig
vom ersten Ventilelement antreibt. Dadurch kann in vorteilhafter Weise
in einer Brennkraftmaschine stillstehendes Kühlmittel erzeugt werden. Zudem
kann der Kühlmittelvolumenstrom
durch die Brennkraftmaschine druckverlustarm mit der zweiten Antriebsvorrichtung über das
zweite Ventilelement unabhängig
von der Position des ersten Ventilelements beliebig variiert werden.
Die Entkopplung des zweiten Ventilelements vom ersten Ventilelement
ermöglicht
in vorteilhafter Weise eine einfache und kostengünstige Konstruktion des Thermostatventils
bei gleichzeitiger hoher Betriebssicherheit. Das erste Ventilelement
ist zwischen einer Mischkammer und einem Kühlerkreislauf angeordnet und
das zweite Ventilelement ist zwischen der Mischkammer und einem
Kurzschlusskreislauf angeordnet.
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In
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Thermostatventils
verstellt die zweite Antriebsvorrichtung das zweite Ventilelement
beispielsweise elektrisch und/oder elektromechanisch und/oder pneumatisch
und/oder hydraulisch.
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In
weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Thermostatventils ist die
zweite Antriebsvorrichtung im Gehäuse des Thermostatventils integriert.
Dadurch kann das Thermostatventil in vorteilhafter Weise als kompakte
Baueinheit ausgeführt werden.
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In
weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Thermostatventils öffnet die
erste Antriebsvorrichtung das erste Ventilelement in Abhängigkeit von
einer Kühlmitteltemperatur
gegen eine erste Federkraft, um einen Verstellweg auszuführen, welcher einen
Volumenstrom im Kühlerkreislauf
einstellt. Dadurch wird in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit
von der Kühlmitteltemperatur
der Kühlerkreislauf
geöffnet,
bei welchem das Kühlmittel
von der Brennkraftmaschine über
einen Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager, d.h. über einen
so genannten Kühler,
geführt wird,
welcher dem Kühlmittel über die
Luft Wärme entzieht
und das Kühlmittel
somit abkühlt.
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In
einer Ausgangsstellung des ersten Ventilelements weist der Volumenstrom
im Kühlerkreislauf beispielsweise
einen Minimalwert auf.
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In
weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Thermostatventils schließt die zweite
Antriebsvorrichtung das zweite Ventilelement in Abhängigkeit
von einem Ansteuersignal gegen eine zweite Federkraft, um einen
Verstellweg auszuführen,
welcher einen Volumenstrom im Kurzschlusskreislauf einstellt. Da
das zweite Ventilelement in seiner Ausgangsstellung geöffnet ist
und durch die zweite Federkraft in der Öffnungsstellung gehalten wird,
wenn die zweite Antriebsvorrichtung nicht aktiviert ist, wird in vorteilhafter
Weise eine Failsafe-Funktion umgesetzt, welche eine Überhitzung
der Brennkraftmaschine durch den Volumenstrom im Kurzschlusskreislauf
bei Ausfall einer Energieversorgung verhindert.
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In
weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Thermostatventils weist
der Volumenstrom im Kurzschlusskreislauf in der Ausgangsstellung
des zweiten Ventilelements beispielsweise einen Maximalwert auf.
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Das
erfindungsgemäße Thermostatventil kann
beispielsweise in einer Brennkraftmaschine mit einem großen Kühlmitteldurchsatz
verwendet werden.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend
beschrieben.
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Die
einzige Figur zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Thermostatventils
für einen Kühlmittelkreislauf
einer Brennkraftmaschine.
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Wie
aus der Figur ersichtlich ist, umfasst ein erfindungsgemäßes Thermostatventil 10 für einen Kühlmittelkreislauf
einer Brennkraftmaschine ein erstes zwischen einer Mischkammer MK
und einem Kühlerkreislauf
KK angeordnetes Ventilelement 2, welches beispielsweise
als Ein-Teller-Thermostatventil
ausgeführt
ist und von einer ersten Antriebsvorrichtung 1 verstellt
wird, welche beispielsweise als thermostatisches Arbeitselement
ausgeführt
ist, und ein zweites zwischen der Mischkammer MK und einem Kurzschlusskreislauf
KS angeordnetes Ventilelement 3, welches beispielsweise
als Ein-Tellerventil ausgeführt
ist und von einer zweiten Antriebsvorrichtung 4 verstellt
wird. Die als thermostatisches Arbeitselement ausgeführte erste
Antriebsvorrichtung kann optional beheizbar ausgeführt sein.
Wie aus der Figur weiter ersichtlich ist, ist die Verstellung des
zweiten Ventilelements 3 von der Verstellung des ersten
Ventilelements 2 entkoppelt, wobei die zweite Antriebsvorrichtung 4 das
zweite Ventilelement 3 unabhängig vom ersten Ventilelement 2 antreibt
und elektrisch und/oder elektromechanisch und/oder pneumatisch und/oder
hydraulisch verstellt.
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Wie
weiter aus der Figur ersichtlich ist, wird ein vom Verbrennungsmotor
kommender Volumenstrom V1 in Abhängigkeit
von der Stellung des ersten Ventilelements 2 bzw. des zweiten
Ventilelements 3 auf einen Volumenstrom V3 im Kühlerkreislauf
KK, welcher zu einem nicht dargestellten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager
bzw. Kühler
führt,
bzw. auf einen Volumenstrom V2 im Kurzschlusskreislauf KS aufgeteilt.
In einer Ausgangsstellung des ersten Ventilelements 2 weist
der Volumenstrom V3 im Kühlerkreislauf
KK einen Minimalwert auf, z.B. den Wert 0. In einer Endstellung
des ersten Ventilelements 2 weist der Volumenstrom V3 im
Kühlerkreislauf
KK einen Maximalwert auf, d.h. der Abstand des ersten Ventilelements 2 von
einem zugehörigen
Ventilsitz am Gehäuse 5 entspricht
einem maximal möglichen Abstand.
In einer Ausgangsstellung des zweiten Ventilelements 3 weist
der Volumenstrom V2 im Kurzschlusskreislauf KS einen Maximalwert
auf, d.h. der Abstand des zweiten Ventilelements 3 vom
Ventilsitz am Gehäuse 5 entspricht
in dieser Stellung einem maximal möglichen Abstand. In einer Endstellung des
zweiten Ventilelements 3 ist der Abstand zwischen dem zweiten
Ventilelement 3 und dem Ventilsitz am Gehäuse 5 minimal,
d.h. das Ventilelement 3 liegt beispielsweise im zugehörigen Ventilsitz
am Gehäuse 5 auf,
und der Volumenstrom V2 im Kurzschlusskreislauf KS weist einen Minimalwert
auf.
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Die
erste Antriebsvorrichtung 1 öffnet das erste Ventilelement 2 in
Abhängigkeit
von der Kühlmitteltemperatur
gegen eine erste Federkraft F1, um einen Verstellweg auszuführen, welcher
einen Volumenstrom V3 im Kühlerkreislauf
KK einstellt. Die zweite Antriebsvorrichtung 4 schließt das zweite
Ventilelement 3 in Abhängigkeit
von einem Ansteuersignal gegen eine zweite Federkraft F2, um einen
Verstellweg auszuführen,
welcher einen Volumenstrom V2 im Kurzschlusskreislauf KS einstellt.
Diese Ausführungsform
des zweiten Ventilelements 3 beinhaltet dadurch, dass das
zweite Ventilelement 3 im Ruhezustand bzw. Ausgangszustand
geöffnet
ist, eine Failsafe-Funktion, mit welcher ein Überhitzen der Brennkraftmaschine
bei Ausfall der Energieversorgung für die Antriebsvorrichtung vermieden
wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
stützt
sich die zweite Federkraft F2 gegen einen Metallkäfig 7 ab. Bei
einer alternativen nicht dargestellten Ausführungsform kann sich die Federkraft
F2 gegen das erste Ventilelement 2 abstützen, beispielsweise gegen
die erste Antriebsvorrichtung 1 des ersten Ventilelements 2.
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Über die
zweite Antriebsvorrichtung 4 kann, wenn das erste Ventilelement 2 geschlossen
ist, ein Kurzschlussbetrieb, d.h. das zweite Ventilelement 3 ist
geöffnet
und der Volumenstrom V1 vom Verbrennungsmotor wird in den Kurzschlusskreislauf
KS geleitet, oder ein Betrieb, bei welchem stillstehendes Kühlmittel
in der Brennkraftmaschine erzeugt wird, ausgeführt werden, d.h. das zweite
Ventilelement 3 wird mit der zweiten Antriebsvorrichtung 4 vollständig geschlossen,
so dass ein Strömen
des Kühlmittels verhindert
wird. Bei einer Betriebsart, bei welcher das erste Ventilelement 2 geöffnet ist,
kann der Volumenstrom V2 im Kurzschlusskreis KS und damit auch der Volumenstrom
V3 im Kühlerkreislauf
KK über
die Stellung des zweiten Ventilelements 3 eingestellt werden.
Die Ansteuerung der zweiten Antriebsvorrichtung 4 erfolgt über Ansteuersignale,
welche von einer Auswerte- und Steuereinheit 6 erzeugt
werden. Die Auswerte- und Steuereinheit 6 wertet beispielsweise
Sensorsignale aus und ermittelt die erforderlichen Daten für das Wärmemanagement
der Brennkraftmaschine und erzeugt die Ansteuersignale zum Einstellen
der zugehörigen
Volumenströme
im Kühlkreislauf
der Brennkraftmaschine.
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Bei
einer alternativen nicht dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Thermostatventils 10 ist
die zweite Antriebsvorrichtung 4 im Gehäuse 6 des Thermostatventils 10 integriert,
was eine kompakte Bauform des Thermostatventils 10 ermöglicht.
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Das
erfindungsgemäße Thermostatventil
ist einfach und daher kostengünstig
aufgebaut und ermöglicht
mit nur einer zusätzlichen
Antriebsvorrichtung eine schnelle Reaktion auf neue Kühlleistungsanforderungen
und verfügt
zudem über
eine Failsafe-Funktion. Das beschriebene erfindungsgemäße Thermostatventil
wird vorzugsweise in Brennkraftmaschinen mit einem großen Kühlmitteldurchsatz
verwendet, beispielsweise in leistungsstarken Dieselmotoren.