DE102008054750A1 - Kühlmittelregelventil - Google Patents

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DE102008054750A1
DE102008054750A1 DE200810054750 DE102008054750A DE102008054750A1 DE 102008054750 A1 DE102008054750 A1 DE 102008054750A1 DE 200810054750 DE200810054750 DE 200810054750 DE 102008054750 A DE102008054750 A DE 102008054750A DE 102008054750 A1 DE102008054750 A1 DE 102008054750A1
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control valve
coolant control
coolant
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DE200810054750
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Crina Vlad
Helmut Schneider
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Robert Bosch GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00Controlling of coolant flow
    • F01P7/14Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2031/00Fail safe
    • F01P2031/32Deblocking of damaged thermostat

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlmittelregelventil (30) mit einem Ventilgehäuse (40), in dessen Hohlraum (64) ein Ventilelement (54) angeordnet ist. Das Ventilelement (54) ist durch eine Druckfeder (56) vorgespannt. Zur Realisierung einer Notlauffunktionalität (32) des Kühlmittelventils (30) taucht das Ventilelement (54) um einen Hubweg (62) in den Hohlraum (64) ein und gibt eine Strömungsverbindung (67, 70) frei.

Description

  • Stand der Technik
  • Zur Regelung des Kühlmittelstroms in Verbrennungskraftmaschinen werden Thermostate eingesetzt. Der Öffnungsgrad des Thermostats regelt den Kühlmittelstrom durch den Kühler, der vom Fahrtwind gekühlt wird und damit die abzuführende Wärmemenge. Teilweise sind diese Thermostate mit einem beheizten Widerstand ausgerüstet. Damit wird nach Kennfeldern, die in einem Motorsteuerungsgerät der Verbrennungskraftmaschine abgelegt sind, die Betriebstemperatur der Verbrennungskraftmaschine auf einen Sollwert abhängig vom Lastzustand geregelt. Die zur Regelung des Kühlmittelstroms bisher eingesetzten Thermostate besitzen im Normalfall keine Fail-Safe-Funktion.
  • Allerdings ist aus US 5,381,952 ein Thermostat bekannt, mit welchem die Kühlfluidströmung durch ein Kühlsystem abhängig von Änderungen der Außentemperatur gesteuert wird. Ein stationär angeordnetes Ventilglied umfasst einen Ventilsitz, der eine Öffnung in einer Leitung öffnet oder verschließt. Mit dem Ventilsitz arbeitet ein bewegliches Ventilglied zusammen, welches bei geschlossenem Ventilsitz die Strömung durch diesen blockiert. Das bewegliche Ventilglied ist über eine Feder vorgespannt. Sowohl mit dem stationären Ventilglied als auch mit dem bewegbaren Ventilglied ist ein auf Temperaturschwankungen reagierender Aktuator gekoppelt. Mittels eines bimetallischen Elements, das dem stationären Ventilglied zugeordnet ist, wird die Feder mit dem bewegbaren Ventilglied gekoppelt. Je nach Ausdehnungsverhalten des bimetallischen Elements, was abhängig von der Umgebungstemperatur ist, wird der im stationären Ventilglied ausgebildete Ventilsitz durch das beweglich angeordnete Ventilglied geöffnet oder verschlossen.
  • Bei aktuellen derzeitigen Entwicklungsvorhaben werden elektrische Steller entwickelt, welche die obenstehend kurz skizzierten Thermostate ersetzen sollen. Bei diesen elektrischen Stellern wird eine Regelscheibe mittels eines elektrischen Antriebs verdreht und durch die Regelscheibe die Regelfunktion erfüllt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Notlauffunktionalität (Fail-Safe-Funktion) für elektrische Steller in Kühlmittelkreisläufen oder dergleichen zu realisieren, wobei die Notlauffunktionalität durch ein permanentes Öffnen des elektrischen Stellers zum Kühlerkreislauf gegeben ist, so dass die Überhitzung der Verbrennungskraftmaschine vermieden wird.
  • Erfindungsgemäß wird ein elektrisch-betätigbares Kühlmittelregelventil vorgeschlagen, welches beim Start der Verbrennungskraftmaschine eine Vollabsperrfunktion des Kühlmittels zum Kühler liefert. Durch diese Vollabsperrfunktionalität lässt sich eine verkürzte Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine erreichen, was eine Kraftstoffverbrauchssenkung gegenüber herkömmlich eingesetzten Thermostaten mit sich bringt. Bei selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen wird eine Reduzierung der Emissionen erreicht. Die Vollabsperrfunktion ermöglicht eine schnellere Bauteilerwärmung bzw. Erwärmung von Komponenten wie z. B. Motorblock und Zylinderkopf. Die Vollabsperrfunktion während der Startphase der Verbrennungskraftmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass in dieser Phase keine Kühlmittelumwälzung stattfindet. Nach Erreichen einer bestimmten Temperatur wird ein Bypass-Kreislauf für das Kühlmedium geöffnet. Erreicht das Kühlmedium eine nächste, höherliegende Temperaturschwelle, wird zusätzlich zum Bypass-Kreislauf ein weiterer, größerer Kühlmittelkreislauf geöffnet, innerhalb dessen das Kühlmedium über den Kühler geführt wird. Im Volllastbetrieb wird das erfindungsgemäß vorgeschlagene Kühlmittelregelventil so eingestellt, dass dieses in Richtung des größeren Kühlmittelkreislaufs unter Einbeziehung des Kühlers geöffnet steht und der Bypass-Kreislauf geschlossen bleibt, der zuvor für Übergangsbetriebsphasen der Verbrennungskraftmaschine diente.
  • Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Kühlmittelregelventil umfasst die Notlauffunktionalität, wobei bei einem auftretenden Fehlerfall der Weg des Kühlmediums zum Kühler, d. h. der große Kühlmediumkreislauf, vollständig geöffnet steht. Ein evt. aufgetrete ner elektrischer oder mechanischer Fehler des Kühlmittelregelventils bzw. des Stellers wird durch eine Endstufenanalyse oder über einen Temperaturfühler erkannt.
  • Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Kühlmittelregelventil implementiert die Notlauffunktionalität dahingehend, dass eine im Kühlmittelregelventil angeordnete Schieberhülse über eine Druckfeder beaufschlagt ist. Bei auftreten eines Fehlers im Kühlmittelregelventil wird eine in diesem angeordnete Magnetspule durch ein PWM-Signal (PWM = Pulsweitenmodulation) bestromt. Eine oberhalb eines Bundes an der Schieberhülse angeordnete Ankerplatte wird gleichzeitig mit der Schieberhülse in Richtung auf die bestromte Magnetspule angezogen, so dass ein Strömungspfad des Kühlmediums zum Kühler geöffnet ist.
  • Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Kühlmittelregelventil mit Notlauffunktionalität ist in vorteilhafter Weise mit dem Motorsteuergerät der Verbrennungskraftmaschine verbunden. Im Motorsteuergerät liegen die aktuellen Werte für die Temperatur der Verbrennungskraftmaschine des zirkulierenden Kühlmediums einlass- und auslassseitig des Kühlers vor, ferner die Grenztemperatur, die die Verbrennungskraftmaschine maximal aufweisen darf, ohne Schaden zu nehmen. Abhängig von diesen kontinuierlich von der Motorsteuerung ermittelten Werten, kann das erfindungsgemäß vorgeschlagene Kühlmittelregelventil, insbesondere dessen Notlauffunktionalität angesteuert werden. Im Falle eines kontinuierlichen Anstiegs der Motortemperatur sowie der Kühlmediumtemperatur kann durch ein PWM-Signal die im Kühlmittelregelventil eingebaute als Steller dienende Magnetspule bestromt werden, so dass ein Ventilelement, welches in einem Hohlraum des Ventilgehäuses aufgenommen ist, in axiale Richtung verschoben wird. Das Ventilelement ist in vorteilhafter Weise als axial verschiebbare Hülse ausgebildet. Das Ventilglied kann entweder unmittelbar im Ventilgehäuse, d. h. an der Innenseite des Hohlraums oder auch in einer Führungshülse, die ihrerseits in den Hohlraum des Ventilgehäuses eingelassen ist, geführt sein. Zwischen dem Ventilgehäuse und dem Ventilglied ist ein Hohlraum gebildet, der einerseits durch die Innenwand des Ventilgehäuses und andererseits durch das in axiale Richtung verschiebbare über die Magnetspule betätigbare Ventilelement begrenzt ist. Der Hohlraum zwischen dem Ventilelement und der Innenseite des Ventilgehäuses ist durch eine z. B. als O-Ring ausgebildete Dichtung abgedichtet.
  • Das insbesondere als in axiale Richtung verschiebbare Hülse ausgebildete Ventilglied weist einen Gleitring auf, der mit einer Planseite einer verdrehbar ausgebildeten Re gelscheibe zusammenwirkt. In der Regelscheibe befinden sich Öffnungen, die einerseits eine Verbindung zu einem ersten Kühlmittelkreislauf (Bypass-Kreislauf) und andererseits zu einem zweiten Kühlmediumkreislauf, unter Einschluss des Fahrzeugkühlers, verzweigen. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Kühlmittelventil ist derart beschaffen, dass die besagte bevorzugt verdrehbar im Ventilgehäuse des Kühlmittelregelventils angeordnete Regelscheibe über einen z. B. nasslaufend ausgebildeten EC-Motor betätigbar ist. Fällt dieser aus oder kommt es zum Versagen eines mechanischen Bauteils, was ein Verdrehen der Regelscheibe unmöglich macht, so greift die erfindungsgemäß vorgeschlagene Notlauffunktionalität.
  • Für die oben geschilderten Fälle, d. h. ein Versagen des elektrischen Antriebes zur Verdrehung der bevorzug als Regelscheibe ausgebildeten Regelelements oder für den Fall eines mechanischen Versagens, steigt die Temperatur des Kühlmediums an, was über das Motorsteuergerät zu einer Bestromung der Magnetspule oberhalb des insbesondere als axial verschiebbare Hülse ausgebildeten Ventilelements führt. Bei Bestromung der Magnetspule verfährt das Ventilelement um einen Hubweg in den besagten Hohlraum, so dass es zu einer Strömungsverbindung einer Zulaufseite mit dem Ablauf des Kühlmittelregelventils kommt, der zum Fahrzeugkühler verläuft. Dadurch ist sichergestellt, dass das Kühlmedium im Fahrzeugkühler abgekühlt wird und dessen weiterer Temperaturanstieg unterbunden wird, so dass die Verbrennungskraftmaschine auch bei Ausfall des elektrischen Antriebs bzw. beim Vorliegen einer mechanischen Störung vor Überhitzung geschützt ist.
  • Bevorzugt ist das im Kühlmedium, im inneren Bereich des Kühlmittelregelventils angeordnete insbesondere als verdrehbare Regelscheibe ausgebildete Regelelement so angeordnet, dass dieses unter Ausbildung eines Ringspalts am Ventilgehäuse verdrehbar gelagert ist. Relativ zum verdrehbar aufgenommenen, bevorzugt als Regelscheibe ausgebildeten Ventilelements, lässt sich das bevorzugt axial verschiebbar ausgebildete Ventilglied in Hülsenform an- und abstellen, so dass unabhängig von der Drehlage des bevorzugt als Regelscheibe ausgebildeten Ventilelements ein Kurzschluss, d. h. eine Strömungsverbindung zwischen der Zulaufseite und der Ablaufseite des Kühlmittelregelventils geschaffen werden kann, um in jedem Fall sicherzustellen, dass das Kühlmedium in den Fahrzeugkühler gelangt und dort abgekühlt wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
  • Es zeigt:
  • 1 einen aus dem Stand der Technik bekannten Thermostaten zur Regelung der Temperatur des Kühlmediums,
  • 2 einen Schnitt durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Kühlmittelregelventil mit Notlauffunktionalität im Betriebszustand,
  • 3 das erfindungsgemäß vorgeschlagene Kühlmittelregelventil mit Notlauffunktionalität bei bestromter Magnetspule,
  • 4 einen Schnitt durch das Gehäuse eines Ventils mit integriertem Kühlmittelregelventil gemäß 2,
  • 5 eine erste Ausführungsvariante einer Verschaltung von Kühlkreislaufkomponenten mit Bypass-Leitung und
  • 6 eine zweite Ausführungsvariante einer Verschaltung von Kühlkreislaufkomponenten ohne Bypass-Leitung.
  • Ausführungsvarianten
  • Der Darstellung gemäß 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekannter Kühlmittelthermostat zu entnehmen.
  • 1 zeigt, dass ein Kühlmittelthermostat 10 ein Gehäuse 12 umfasst. Das Gehäuse 12 wiederum verfügt über einen Anschlussflansch 14 sowie einen seitlich angespritzten elektrischen Anschluss 28. Der Kühlmittelthermostat 10 gemäß der Darstellung in 1 verfügt über einen ersten Ventilteller 16, der über eine Druckfeder 18 beaufschlagt ist sowie über einen zweiten Ventilteller 20. Der Kühlmittelthermostat 10 gemäß der Darstellung in 1 umfasst des Weiteren ein Heizelement 22. Das Heizelement 22 um fasst einen Hubstift 24, eine Widerstandsheizung 26, wobei die Widerstandsheizung 26 über den elektrischen Anschluss 28 bestrombar ist.
  • 2 zeigt das erfindungsgemäß vorgeschlagene Kühlmittelregelventil mit Notlauffunktionalittät im Betriebszustand, d. h. bei nicht bestromter Magnetspule.
  • Wie aus 2 hervorgeht, ist an einem Kühlmittelregelventil 30 eine Notlauffunktionalität 32 implementiert. Zur Realisierung der Notlauffunktionalität 32 umfasst das Kühlmittelregelventil 30 innerhalb eines Ventilgehäuses 40 einen Steller in Gestalt einer Magnetspule 50.
  • Das Kühlmittelregelventil 30 umfasst ein Regelelement, welches insbesondere als eine im Drehsinn 38 verdrehbare Regelscheibe 34 im Ventilgehäuse 40 des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kühlmittelregelventils 30 gelagert ist. Die Regelscheibe 34 umfasst mindestens eine bevorzugt zwei Öffnungen 36, von der eine eine Strömung von Kühlmedium in einem ersten Kreislauf (Bypass-Kreislauf) ermöglicht, während eine andere – zeichnerisch nicht dargestellte, jedoch in der Regelscheibe 34 ausgebildete Öffnung – eine Strömungsverbindung zum Fahrzeugkühler darstellt.
  • Das Regelelement 34 ist bevorzugt als Regelscheibe ausgebildet und über einen insbesondere als nasslaufenden EC-Motor ausgebildeten Antrieb betätigbar. Sollte dieser nasslaufende EC-Motor ausfallen oder sollte eine mechanische Störung im Kühlmittelregelventil 30 vorliegen, der eine Verdrehung des insbesondere als verdrehbare Regelscheibe ausgebildeten Regelelements verhindert, greift die Notlauffunktionalität 32.
  • Der Darstellung gemäß 3 ist des Weiteren zu entnehmen, dass das insbesondere als Regelscheibe ausgebildete Regelelement 34 unter Ausbildung eines Ringspalts 76 in Bezug auf die Innenseite des Ventilgehäuses 40 im Kühlmittelregelventil 30 angeordnet ist.
  • Das Kühlmittelregelventil 30 umfasst darüber hinaus einen im Ventilgehäuse 40 ausgebildeten Hohlraum 64, in dem ein Steller, insbesondere ausgebildet als Magnetspule 50, aufgenommen ist. Der Steller 50 kann z. B. auf einer Stützplatte 74 aufgenommen sein. Die Magnetspule 50 kann jedoch ebenso gut unter Verzicht auf die Stützplatte 74 in den Hohlraum 64 im Ventilgehäuse 40 des Kühlmittelregelventils 30 eingepresst oder eingeschrumpt sein.
  • 2 zeigt, dass in der dort dargestellten Position eines Ventilglieds 54 ein Gleitring 46 an eine obere Planseite 82 des insbesondere als Regelscheibe ausgebildeten Regelelements 34 angestellt ist. Bei dem Ventilglied 48 handelt es sich bevorzugt um eine axial verschiebbare Hülse, in die der besagte Gleitring 46 eingelassen ist. Der Gleitring 46 kann aus einem Material, wie z. B. PTFE, gefertigt werden, wobei das Ventilelement 54 beaufschlagt über eine den Hohlraum 64 durchziehende Feder, insbesondere eine Druckfeder 56, beaufschlagt ist. Die Anstellkraft, die auf das Ventilelement 54 wirkt, wird durch die Druckfeder 56 aufgebracht, die sich am Ventilgehäuse 40 des Kühlmittelregelventils 30 den Hohlraum 64 durchsetzend abstützt.
  • Das insbesondere axial verschiebbar und als Hülse ausgebildete Ventilelement 54 wird in einer Führungshülse 48 geführt, die ihrerseits an der den Hohlraum 64 begrenzenden Wand des Ventilgehäuses 40 gelagert ist. In vorteilhafter Weise dient die Führungshülse 48 auch dazu, die bereits erwähnte Stützplatte 74, auf welcher die Magnetspule 50 ruht, abzustützen. Bei entsprechender Auslegung des Bundes an der der insbesondere als Regelscheibe ausgebildeten Regelelement 34 zuweisenden Seite des Ventilelements 54 kann auf die Führungshülse 48 auch verzichtet werden. In diesem Fall wird das Ventilelement 54 unmittelbar an der Innenseite des Ventilgehäuses 40, das den Hohlraum 64 begrenzt, geführt. Zur Abdichtung des Hohlraums 64 gegen den Innenbereich 42 des Kühlmittelregelventils 30 weist das Ventilelement 54 eine z. B. als O-Ring ausgebildete Dichtung 58 auf.
  • Der Innenbereich 42 des Ventilgehäuses 40 ist mit Kühlmedium befüllt, welches gemäß der Darstellung in 2 über der Öffnung 36 bei dem in entsprechender Position des bevorzugt als Regelscheibe ausgebildeten Regelements 34 dem Ablauf 70 in Richtung Fahrzeugkühler zuströmt. In der in 2 dargestellten Lage des in axiale Richtung verschiebbaren Ventilglieds 54 ist der Ringspalt 76 zwischen der Planseite 82 des insbesondere als Regelscheibe ausgebildeten Regelelements 34 und der Innenseite des Ventilgehäuses 40 durch den an die Planseite 82 der Regelscheibe 34 angestellten Leitrings 46 erschlossen. Kühlmedium strömt ausschließlich über die Öffnung 36 in Richtung des Ablaufs 70.
  • Bezugszeichen 62 bezeichnet einen Hubweg, um welchen das insbesondere als axial verschiebbare Hülse ausgebildete Ventilelement 54 bei Bestromung der Magnetspule 50 in den Hohlraum 64 einfährt. Die durch die Magnetspule 50 erzeugbare Magnetkraft übersteigt die Kraft, die durch die Druckfeder 56 auf den umlaufenden Bund des Ventilglieds 48 ausgeübt wird, so dass bei Bestromung der Magnetspule 50 eine axiale Bewegung des Ventilelements 54 um den Hubweg 62 möglich ist.
  • Des Weiteren ist das in axiale Richtung verschiebbare Ventilelement 54 an seiner dem Steller – hier ausgebildet als bestrombare Magnetspule 50 – zuweisenden Seite mit einer Ankerplatte 52 versehen. Bevorzugt ist der Steller, im vorliegenden Fall die bestrombare Magnetspule 50 – derart angeordnet, dass dieser auf der Seite des Ventilelements 54 liegt, auf die hin das Ventilelement 54 verschoben wird, um die Notlauffunktionalität 32, d. h. eine Strömungsverbindung zwischen dem Ringspalt 76 und dem Ablauf 70 in Richtung des Fahrzeugkühlers zu realisieren.
  • 3 zeigt, dass das insbesondere als Regelscheibe ausgebildete Regelelement 34 in einer Drehlage dargestellt ist, in der das Vollmaterial des Regelelements 34 das Zuströmen von Kühlmedium zur Ablaufseite 70 verhindert. Die in der Darstellung gemäß 2 dargestellte Öffnung 36 ist in eine andere Drehlage verstellt, so dass über diese kein Zuströmen von Kühlmedium in Richtung des Ablaufs 70, d. h. zum Fahrzeugkühler, erfolgen kann.
  • Die damit zwangsläufig einhergehende Temperaturerhöhung des Kühlmediums wird über das Motorsteuergerät erfasst und ein dementsprechendes insbesondere ein PWM-Signal zur Bestromung der Magnetspule 50 ergeht. Bei Bestromung der Magnetspule 50 zieht diese die Ankerplatte 52 samt Ventilglied 54 in Öffnungsrichtung entsprechend der Hubbewegung 78 an. Dies bedeutet, dass das in axiale Richtung verschiebbare Ventilelement 54 und demzufolge der in dessen Stirnseite eingelassene Gleitring 46 von der Planseite 82 des insbesondere als verdrehbare Regelscheibe ausgebildeten Regelelements 34 abgestellt wird. Bei unveränderter Drehlage des Regelelements 34 strömt nunmehr Kühlmedium vom Innenbereich 42 über den Ringspalt 76 durch das Ventilelement 54 zur Austrittsöffnung 72 am Ablauf 70 zum Fahrzeugkühler. Um ein Abströmen von Kühlmedium aus dem Hohlraum 64 zu ermöglichen, ist in der Wand des insbesondere in Hülsenform gestalteten Ventilelements 54 zumindest eine Verdrängungsöffnung 66 ausgebildet. Durch diese strömt das im Hohlraum 64 enthaltene Kühlmedium bei bestromter Magnetspule 50 und demzufolge axial verfahrendem Ventilelement 54 in Richtung des Austritts 72 zum Fahrzeugkühler ab. Dadurch wird die Öffnungsbewegung des Ventilelements 48 nicht durch Kompression von im Hohlraum 64 verbleibendem Kühlmedium gehindert, sondern dieses strömt, wie o benstehend geschildert, über die mindestens eine Verdrängungsöffnung 66 in Richtung der Austrittsöffnung 72 zum Fahrzeugkühler ab. Der sich einstellende Fluidstrom von Kühlmedium ist in Darstellung gemäß 3 durch Bezugszeichen 80 gekennzeichnet und verläuft aus dem Hohlraum 64 zwischen der Außenmantelfläche des Ventilelements 54 und der Innenseite des Ventilgehäuses 40 über die mindestens eine Verdrängungsöffnung 66 in Richtung der Austrittsöffnung 72 über die Kühlmedium dem in den 2 und 3 nicht dargestellten Fahrzeugkühler zuströmt.
  • Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Notfallfunktionalität 32 stellt sicher, dass im Fall einer Überhitzung des Motors, deren Ursache nicht der Ausfall des Kühlmittelregelventils 30 ist, die Funktionalität des Kühlmittelregelventils erhalten bleibt, d. h. für den Fall einer Störung sichergestellt ist, dass das Kühlmedium durch den Fahrzeugkühler strömt, demzufolge dort abgekühlt werden kann.
  • Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung lässt sich erreichen, dass bei einem defekten z. B. als nasslaufendem EC-Motor ausgebildeten Antrieb des Regelelements 34, bevorzugt ausgebildet als Regelscheibe, die Sicherstellung der zulässigen Grenztemperatur der Verbrennungskraftmaschine gewahrt bleibt, da das bereits eine höhere Temperatur aufweisende Kühlmedium im Fahrzeugkühler gekühlt werden kann.
  • Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Kühlmittelregelventil 30 mit Notlauffunktionalität 32, welcher an die Stelle des in 1 schematisch dargestellten Thermostaten treten soll, ergeben sich schnellere Warmlaufphasen aufgrund einer erreichbaren Vollabsperrung sowie eine präzisiere Regelung der Temperatur der Verbrennungskraftmaschine. Des Weiteren kann durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Kühlmittelregelventil 30 eine Reduktion der Reibungsverluste sowie eine Verbesserung der thermodynamischen Verbrennungsbedingungen erreicht werden. Des Weiteren lässt sich durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eine Reduzierung der Strömungsverluste sowie eine geringere Leistungsaufnahme der Kühlmediumpumpe erreichen. Neben einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs gegenüber den bisher eingesetzten aus dem Stand der Technik bekannten Thermostaten kann eine Reduzierung der Emission insbesondere bei selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen erreicht werden.
  • 4 zeigt einen Schnitt durch das Gehäuse eines Ventils mit integriertem Kühlmittelregelventil 30 gemäß der Darstellung in 2.
  • Der Darstellung gemäß 4 ist zu entnehmen, dass das dort dargestellte Ventil neben dem in den 2 und 3 dargestellten Ablauf zum Kühler 70 einen Zulauf 84 umfasst, über den Kühlmedium von der Verbrennungskraftmaschine 96 in das in 4 dargestellte Ventil eintritt. Des Weiteren umfasst das in 4 dargestellte Ventil einen Austritt 86 zu einem Bypass (vgl. Darstellung gemäß 5). Das Ventil gemäß der Schnittdarstellung in 4 umfasst das in den 2 und 3 bereits dargestellte Regelelement 34, welches entsprechend des eingezeichneten Pfeils 38 eine Verdrehung um einen Zapfen 88 ausführt. Am Zapfen 88, der im Ventilgehäuse des Ventils gemäß der Darstellung in 4 gelagert ist, befindet sich ein Schneckenrad 92, welches durch eine Schnecke 90, die sich senkrecht zur Zeichenebene erstreckt, angetrieben ist. Aufgrund der gewählten Antriebsanordnung handelt es sich um ein selbsthemmendes Getriebe, d. h. das Regelelement 34, hier ausgebildet als verdrehbare Regelscheibe mit nierenförmig oder kreisförmig ausgebildeten Öffnungen 36, bleibt aufgrund der Selbsthemmung des Antriebskonzepts in seiner einmal eingestellten Lage.
  • Der Darstellung gemäß 4 ist zu entnehmen, dass die Öffnung 36 des als Regelscheibe ausgebildeten Regelements 34 mit dem Querschnitt des Austritts 70 zum Kühler fluchtet. Vom Zulauf 84 kann ungehindert Kühlmedium in den Austritt 70 zum Kühler eintreten, ebenso in den Austritt 86 zum Bypass.
  • Wäre das Regelement 34 in eine Rotationsstellung entsprechend des Drehsitzes 38 verstellt, in der die Öffnung 36 nicht mit dem Querschnitt des Austritts 70 zum Kühler fluchtet, tritt die in 3 dargestellte Implementierung der Notlauffunktion ein, d. h. eine Freigabe eines Zulaufs 68 über einen Ringspalt 76, wie vorstehend im Zusammenhang mit 3 bereits beschrieben.
  • Die Schnecke 90 zur Verdrehung des Zapfens 88, an dem das als verdrehbare Regelscheibe ausgebildete Regelelement 34 drehfest ausgenommen ist, erfolgt über einen in 4 nicht dargestellten elektrischen Antrieb.
  • Das in 4 integrierte Kühlmittelregelventil 30 ist analog zu den in 2 und 3 dargestellten Ausführungsvarianten aufgebaut und befindet sich in der in 4 dargestellten Lage in einem normalen Betriebszustand wie in Zusammenhang mit 2 bereits beschrieben, d. h. die Notlauffunktion ist deaktiviert. Die Notlauffunktion ist in der Darstellung gemäß 3 eingehender beschrieben.
  • Eine Aufteilung des über den Zulauf 84 von der Verbrennungskraftmaschine in das Ventil eintretenden Kühlmediumstroms folgt entsprechend der Verdrehstellung des Regelelements 34 je nach Überdeckungsgrad der Öffnung mit den Querständen der Stutzen in den Austritt 70 zum Kühler bzw. in den Austritt 86 zu einem Bypass, wie er in der Darstellung gemäß 5 (vgl. Bezugszeichen 116) dargestellt ist.
  • Der Darstellung gemäß 5 ist eine erste Ausführungsvariante einer Verschaltung von Kühlkreislaufkomponenten mit Bypassleitung zu entnehmen.
  • Aus der Darstellung gemäß 5 geht hervor, dass eine Verbrennungskraftmaschine 96 einen Zylinderkopf 94 sowie einen Motorblock 98 umfasst. Einer Innenheizung 102 zur Beheizung des Innenraums eines PKWs ist ein Magnetventil 100 vorgeschaltet sowie eine elektrisch betriebene Zusatzwasserpumpe 104 nachgeschaltet. Dem Motorblock 98 der Verbrennungskraftmaschine 96 vorgeschaltet ist eine Hauptwasserpumpe 106.
  • In der Ausführungsvariante gemäß 5 mit einem Schaltventil gemäß 4 mit integriertem Kühlmittelregelventil 30 lassen sich drei Kühlmediumkreisläufe 108, 114 bzw. 118 realisieren. Ein I. Kühlmittelkreislauf ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium über den Zylinderkopf 94, das Magnetventil 100, die Innenheizung 102, über die elektrische Zusatzwassserpumpe 104 und die dieser nachgeschaltete Hauptwasserpumpe 106 zurück in den Motorblock 98 der Verbrennungskraftmaschine 96 strömt. Dadurch kann eine schnelle Erwärmung des Kühlmediums und eine Verkürzung der Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine 96 erreicht werden.
  • Ein weiterer II. größerer Kühlmittelkreislauf 114 ist gestrichelt angedeutet. Das Kühlmedium wird über das Kühlmittelregelventil 30 bzw. das in 4 dargestellte Ventil mit drei Ausgängen einem Kühler 110 zugeleitet. Dem Kühler 110 wiederum ist ein Ventilator 112 zugeordnet, der über einen elektrischen Antrieb M angetrieben ist. Das Kühlmittel strömt über das Kühlmittelregelventil 30 bzw. das in 4 dargestellte drei Zu- bzw. Abgänge aufweisende Ventil über den Kühler 110 der Hauptwasserpumpe 106 zu und von dieser tritt das Kühlmittel wieder in den Motorblock 98 bzw. den Zylinderblock 94 der Verbrennungskraftmaschine 96 ein. In diesem II., größeren Kreislauf 114 kann über das in 4 dargestellte Ventil erreicht werden, dass gemäß der Verdrehung des Regelements 34, ausgebildet als verdrehbare Regelscheibe, eine Aufteilung der Volu menströme zum Kühler, d. h. in den Austritt 70 bzw. in den Austritt zum Bypass 86 aufgeteilt und dadurch beeinflusst werden kann.
  • Nach Beendigung der Warmlaufphase bzw. einer Übergangsphase beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 96 wird der eingangs erwähnte durch Bezugszeichen 108 angedeutete I. Kühlkreislauf geschlossen und das gesamte Kühlmedium über den Kühler 110 zur Wärmeabfuhr geleitet.
  • Ein in 5 dargestellter III. Kreislauf 118 ist dadurch gegeben, dass bei entsprechender Stellung des in 4 dargestellten Ventils bzw. von dessen Regelelement 34 eine teilweise Beaufschlagung einer Bypassleitung 116 unter Umgehung des Kühlers 110 möglich ist. Bei entsprechender Verdrehstellung des Regelelements 34 kann ein Volumenstrom von aus dem Zylinderkopf 94 der Verbrennungskraftmaschine 96 austretenden Kühlmedium unmittelbar vor der Hauptwasserpumpe 106 wieder in den III. Kühlkreislauf eingespeist werden (vgl. Position 118). Somit ist über das in 4 dargestellte Ventil mit integriertem Kühlmittelregelventil 30 eine Verwirklichung von drei Kreisläufen 108, 114 bzw. 118 in Anpassung der Last bzw. der Betriebstemperatur der Verbrennungskraftmaschine 96 möglich.
  • Der Darstellung gemäß 6 ist eine weitere, zweite Ausführungsvariante einer Verschaltung von Kühlkreislaufkomponenten ohne Bypass zu entnehmen.
  • Im Unterschied zu 5 fehlt es in der in 6 dargestellten Ausführungsvariante an einer Bypassleitung 116, die sich austrittsseitig vom Ventil mit integriertem Kühlmittelregelventil 30 vor die Hauptwasserpumpe 106 erstreckt. In der in 6 dargestellten Ausführungsvariante einer Verschaltung von Kühlkreislaufkomponenten ist der eingangs erwähnte I. Kühlmittelkreislauf 108 implementierbar, in dem das Kühlmedium über den Zylinderkopf 94, das Kühlmittelregelventil 30, die Innenheizung 102, die elektrische Zusatzwasserpumpe 104 und die Hauptwasserpumpe 106 wieder dem Motorblock 98 bzw. dem Zylinderkopf 94 der Verbrennungskraftmaschine 96 zuströmt.
  • Im größeren, II. Kreislauf 114 strömt das Kühlmedium über das Kühlmittelregelventil 30, den Kühler 110 und die Hauptwasserpumpe 106 wieder zurück in den Motorblock 98 bzw. den Zylinderkopf 94 der Verbrennungskraftmaschine 96.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 5381952 [0002]

Claims (12)

  1. Kühlmittelregelventil (30) mit einem Ventilgehäuse (40), in dessen Hohlraum (64) ein Ventilelement (54) angeordnet ist, welches durch ein Federelement (56) vorgespannt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Realisierung einer Notlauffunktionalität (32) das Ventilelement (54) um einen Hubweg (62) in den Hohlraum (64) eintaucht und eine Strömungsverbindung (68, 70) freigibt.
  2. Kühlmittelregelventil (30) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (54) als axial verschiebbare Hülse ausgeführt ist und eine Ankerplatte (52) umfasst.
  3. Kühlmittelregelventil (30) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ventilelement (54) eine Magnetspule (50) als Steller zugeordnet ist, dessen Stellkraft die von dem Federelement (56) erzeugte Kraft übersteigt.
  4. Kühlmittelregelventil (30) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (54) an einem einem verdrehbaren Regelelement (34), insbesondere eine Regelscheibe (34), zuweisenden Ende einen Gleitring (46) aufweist.
  5. Kühlmittelregelventil (30) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitring (46) an eine Planseite (82) des Regelelements (34) angestellt ist und insbesondere aus PTFE gefertigt ist.
  6. Kühlmittelregelventil (30) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (54) in einer Führungshülse (48) oder unmittelbar im Ventilgehäuse (40) geführt ist und ein Dichtelement (58), insbesondere einen O-Ring, umfasst.
  7. Kühlmittelregelventil (30) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei bestromter Magnetspule (50) das Ventilelement (54) um den Hubweg (62) in den Hohlraum (64) zurückgestellt ist und eine Strömungsverbindung zwischen einem Zulauf (68) und einem Ablauf (70) über einen Ringspalt (76) hergestellt ist.
  8. Kühlmittelregelventil (30) gemäß der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei bestromter Magnetspule (50) der Gleitring (46) von einer Planseite (82) des insbesondere als verdrehbare Regelscheibe ausgebildeten Regelelements (34) abgestellt ist.
  9. Kühlmittelregelventil (30) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (64) im Ventilgehäuse (40) durch das Ventilelement (54) begrenzt ist und dieses eine Verdrängungsöffnung (66) umfasst, über die der Hohlraum (64) mit dem Ablauf (70) verbunden ist.
  10. Kühlmittelregelventil (30) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule (50) im Hohlraum (64) auf einer Stützplatte (74) aufgenommen ist oder in den Hohlraum (64) eingepasst ist oder sich auf einer Führungshülse (48) abstützt.
  11. Kühlmittelregelventil (30) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitring (46) in das Ventilelement (54) an dem der Planseite (82) des Regelements (34) zuweisenden Ende eingelassen ist.
  12. Kühlmittelregelventil (30) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule (50) im Ventilgehäuse (40) auf der Seite aufgenommen in deren Richtung eine Hubbewegung (78) des Ventilelements (54) gerichtet ist.
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