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Stand der Technik
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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.
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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.
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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.
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Offenbarung der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es
zeigt:
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1 einen
aus dem Stand der Technik bekannten Thermostaten zur Regelung der
Temperatur des Kühlmediums,
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2 einen
Schnitt durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene
Kühlmittelregelventil mit Notlauffunktionalität
im Betriebszustand,
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3 das
erfindungsgemäß vorgeschlagene Kühlmittelregelventil
mit Notlauffunktionalität bei bestromter Magnetspule,
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4 einen
Schnitt durch das Gehäuse eines Ventils mit integriertem
Kühlmittelregelventil gemäß 2,
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5 eine
erste Ausführungsvariante einer Verschaltung von Kühlkreislaufkomponenten
mit Bypass-Leitung und
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6 eine
zweite Ausführungsvariante einer Verschaltung von Kühlkreislaufkomponenten
ohne Bypass-Leitung.
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Ausführungsvarianten
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Der
Darstellung gemäß 1 ist ein
aus dem Stand der Technik bekannter Kühlmittelthermostat
zu entnehmen.
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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.
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2 zeigt
das erfindungsgemäß vorgeschlagene Kühlmittelregelventil
mit Notlauffunktionalittät im Betriebszustand, d. h. bei
nicht bestromter Magnetspule.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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4 zeigt
einen Schnitt durch das Gehäuse eines Ventils mit integriertem
Kühlmittelregelventil 30 gemäß der
Darstellung in 2.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der
Darstellung gemäß 5 ist eine
erste Ausführungsvariante einer Verschaltung von Kühlkreislaufkomponenten
mit Bypassleitung zu entnehmen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der
Darstellung gemäß 6 ist eine
weitere, zweite Ausführungsvariante einer Verschaltung von
Kühlkreislaufkomponenten ohne Bypass zu entnehmen.
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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.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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