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Mehrere
Teilkreisläufe aufweisender Kühlmittelkreislauf
einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einer
Vorrichtung zum Betreiben eines solchen Kühlmittelkreislaufs,
insbesondere zur Steuerung des Kühlmittelstroms in den
einzelnen Teilkreisläufen.
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Derartige
Kühlmittelkreisläufe werden vorzugsweise für
das Thermomanagement einer Brennkraftmaschine eingesetzt, wobei
der Kühlmittelstrom zwischen den Teilkreisläufen
des Kühlmittelkreislaufs durch eine Vorrichtung zum Betreiben
des Kühlmittelkreislaufs derart verteilt wird, dass sich
möglichst rasch eine optimale Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine
einstellt.
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Die
DE 602 09 019 T2 zeigt
ein Steuerventil für einen Kühlkreislauf einer
Brennkraftmaschine, wobei der Kreislauf von einem Kühlmittel
durchlaufen wird und einen ersten Zweig mit einem Kühler
des Motors, einen zweiten Zweig der eine Abzweigleitung des Kühlers
bildet, sowie einen oder mehrere dritte Zweige mit jeweils mindestens
einem Heißlufterzeuger zum Beheizen des Fahrgastraums aufweist.
Das Steuerventil ist als Körper ausgebildet, der einen
Fluideingang, einen mit dem zweiten Zweig verbundenen ersten Ausgang,
einen mit dem ersten Zweig verbundenen zweiten Ausgang und mindestens
einen mit dem dritten Zweig verbundenen zweiten Ausgang aufweist,
wobei ein innerhalb des Körpers drehbar angeordnetes Regulierorgan
der selektiven Steuerung der Ausgänge dient. Durch die
Drehung des Regulierorgans in eine gegebene Richtung, kann eine definierte
Sequenz von Stellungen durchlaufen werden. Dabei ist in einer ersten
Stellung der mit der Abzweigleitung verbundene erste Ausgang geöffnet,
in einer zweiten Stellung ist zusätzlich zum zweiten Ausgang
der mit dem ersten Zweig verbundene zweite Ausgang geöffnet,
in einer dritten Stellung ist nur der zweite Ausgang geöffnet,
in einer vierten Stellung sind der zweite und der mit dem dritten
Zweig verbundene dritte Ausgang geöffnet, in einer fünften
Stellung sind alle Ausgänge geöffnet, in einer
sechsten Stellung sind der erste und der dritte Ausgang geöffnet
und in einer siebten Stellung ist der erste oder der dritte Ausgang
geöffnet. Ferner kann das Regulierorgan auch eine Stellung
einnehmen, bei der kein Ausgang geöffnet ist.
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Nachteilig
an einem solchen Steuerventil ist jedoch die starr vorgegebene Sequenz
der möglichen Stellungen. So sind bei wechselnden Kühlmittelanforderungen
in den einzelnen Kreisläufen häufige Stellungswechsel
nötig, die ein ebenso häufiges Verdrehen des Regulierorgans
bedingen. Dadurch, dass das Steuerventil viele Funktionen mit nur
einem Regulierorgan realisiert, ist ein komplexer Aufbau des Steuerventils
mit einer Vielzahl von Bauteilen nötig, welches Schwierigkeiten
bei Verschleiß und Dichtigkeit mit sich bringt.
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Die
DE 103 06 094 A1 zeigt
ein Verbrennungsmotorkühlsystem für ein Fahrzeug
mit einer Kühlmittelpumpe, einem Motorkreislauf zum Leiten des
Kühlmittels durch den Motor, einem Kühlerkreislauf
zum Leiten des Kühlmittels durch den Kühler, einem
Bypasskreislauf zum Rückführen des Kühlmittels
zum Motorkreislauf ohne Durchströmen des Kühlerkreislaufs,
sowie einen Heizerkreislauf zum Leiten des Kühlmittels
durch den Heizerkern. Zur Umschaltung des Kühlmittels wird
ein Drehventil beschrieben mit einem Ventilkörper, der
einen Einlassanschluss und eine Vielzahl von Auslassanschlüssen
aufweist, wobei die Auslassanschlüsse einen Kühleranschluss zum
Leiten des Kühlmittels in einem Kühlerkreislauf, einen
Bypassanschluss zum Leiten des Kühlmittels in einem Bypasskreislauf
und einen Heizeranschluss zum Leiten des Kühlmittels in
einem Heizerkreislauf umfassen. Der Ventilkörper enthält
ferner einen drehbar gelagerten Stromverzweiger mit einer Vielzahl von
Fluiddurchgängen, die in Abhängigkeit einer Drehstellung
des Stromverzweigers für voreingestellte Strömungswege
zwischen dem Einlassanschluss und den Auslassanschlüssen
sorgen. Die voreingestellten Strömungswege umfassen dabei
eine erste Betriebsweise zur Verteilung des Kühlmittels
an den Kühleranschluss und an den Heizeranschluss bei gleichzeitigem
Blockieren des Bypassanschlusses, eine zweite Betriebsweise zur
Verteilung des Kühlmittels an den Bypassanschluss bei gleichzeitigem Blockieren
des Kühlmittels vom Kühleranschluss und vom Heizeranschluss,
eine dritte Betriebsweise zur Verteilung des Kühlmittels
an den Heizeranschluss bei gleichzeitigem Blockieren des Kühlmittels
vom Kühleranschluss und vom Bypassanschluss, sowie eine
vierte Betriebsweise zur Verteilung des Kühlmittels an
den Kühleranschluss und an den Bypassanschluss bei gleichzeitigem
Blockieren des Kühlmittels vom Heizeranschluss.
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Nachteilig
an einem solchen Verbrennungsmotorkühlsystem ist die durch
den Aufbau des Drehventils bedingte Begrenzung der schaltbaren Kreisläufe.
Die Einbeziehung weiterer Kreisläufe würde zwangsweise
zu einer schlechter werdenden Ansteuerung der Kreisläufe
im Einzelnen führen. Dadurch kann die Kühlmitteltemperatur
nicht mehr mit ausreichender Genauigkeit und Geschwindigkeit auf
den gewünschten Wert eingestellt werden, was zu einem schlechteren
Erreichen der Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors führt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher einen Kühlmittelkreislauf
bereitzustellen, der mit einem einfachen Aufbau eine umfangreiche
Steuerung einer Vielzahl von Teilkreisläufen des Kühlmittelkreislaufs
erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Ein
Kühlmittelkreislauf, insbesondere ein mehrere Teilkreisläufe
aufweisender Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine
mit einem Hauptkühlkreislauf und einem Heizungskreislauf,
hat eine an einem Drehsteller angeordnete Kühlmittelförderpumpe,
wobei der Drehsteller ein Drehschiebergehäuse mit mehreren
von Kühlmittel durchströmbaren Anschlüssen,
sowie einen ersten und mindestens einen zweiten drehbar in dem Drehschiebergehäuse
gelagerten Drehschieber mit jeweils mindestens einer einen Strömungspfad
bildenden Drehschieber-Durchströmöffnung umfasst,
wobei die Anschlüsse durch eine Drehbewegung des jeweiligen
Drehschiebers in zumindest teilweise Überschneidung mit
den Drehschieber-Durchströmöffnungen gebracht
werden können und wobei ein von der Brennkraftmaschine über
einen Hauptkühler zu einem Hauptkühleranschluss
des ersten Drehschiebers führender erster Zweig des Hauptkühlkreislaufs
von dem ersten Drehschieber schaltbar ist und wobei ein von einem
Auslass der Kühlmittelförderpumpe zur Brennkraftmaschine
führender zweiter Zweig des Hauptkühlkreislaufs
vom dem zweiten Drehschieber schaltbar ist
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Indem
die beiden Zweige des Hauptkühlkreislaufs von unterschiedlichen
Drehschiebern geschaltet werden, ist es möglich eine Vielzahl
von Teilkreisläufen des Kühlmittelkreislaufs zu
steuern. Die Vorläufe der einzelnen Teilkreisläufe
werden dazu an den ersten Drehschieber angeschlossen, der strömungstechnisch
mit einem Saugmund der Kühlmittelförderpumpe in
Verbindung steht. Durch eine Verdrehung des ersten Drehschiebers
relativ zum Drehschiebergehäuse können die Drehschieber-Durchströmöffnungen
des ersten Drehschiebers in eine stufenlos variable Überschneidung
mit den entsprechenden Anschlüssen des Drehschiebergehäuses gebracht
werden und so verschiedene Strömungspfade mit variierenden
Durchflussraten schalten. Die Steuerung des Rückflusses
des Kühlmittels aus der Kühlmittelförderpumpe
wird in einem zweiten Zweig des Hauptkühlkreislaufs durch
den zweiten Drehschieber realisiert. Unabhängig von der
momentanen Stellung des ersten Drehschiebers kann dadurch ein Kühlmittelstrom
von der Kühlmittelförderpumpe zur Brennkraftmaschine
stufenlos variabel geöffnet oder geschlossen werden. Der
zweite Drehschieber kann dabei sehr einfach als ein Rotationskörper
mit einer Durchgangsbohrung als Drehschieber-Durchströmöffnung
ausgebildet sein, die mit den zwei gegenüberliegenden Anschlüssen
des Drehschiebergehäuses korrespondiert. Durch diese sehr
einfache Ausgestaltung des Drehstellers können relativ
viele Teilkreisläufe kostengünstig und genau gesteuert
werden.
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In
einer bevorzugten Ausführung zweigt der Heizungskreislauf
stromauf des zweiten Drehschiebers aus dem zweiten Zweig des Hauptkühlkreislaufs ab
und führt Kühlmittel über einen Heizungswärmetauscher
zur Brennkraftmaschine. Indem der Heizungskreislauf vor dem zweiten
Drehschieber abzweigt, wird dieser unabhängig von der Stellung
des zweiten Drehschiebers ständig mit erwärmten
Kühlmittel aus der Kühlmittelförderpumpe
beaufschlagt, was zu einer zügigen Aufheizung des Fahrgastraums im
Kraftfahrzeug durch den Heizungswärmetauscher beiträgt.
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In
einer bevorzugten Ausführung zweigt von dem ersten Zweig
des Hauptkühlkreislaufs stromab der Brennkraftmaschine
ein Bypass zu einem Bypassanschluss des ersten Drehschiebers ab,
wobei der erste Drehschieber den Bypass schaltet. Durch den Bypass
strömt erwärmtes Kühlmittel aus der Brennkraftmaschine
zum Bypassanschluss des ersten Drehschiebers, ohne dass es von dem
Hauptkühler abgekühlt wird. An dem ersten Drehschieber
steht somit Kühlmittel mit erhöhter Temperatur
aus dem Bypass und Kühlmittel mit geringerer Temperatur
aus dem Hauptkühler des ersten Zweigs des Hauptkühlkreislaufs
zur Verfügung, welches durch eine Verdrehung des ersten
Drehschiebers in einem beliebigen Mischungsverhältnis vermischt
werden kann.
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In
einer bevorzugten Ausführung führt ein Ölkühlerkreislauf
Kühlmittel von der Brennkraftmaschine über einen Ölkühler
zu einem Ölkühleranschluss des ersten Drehschiebers,
wobei der erste Drehschieber den Ölkühlerkreislauf
schaltet. Durch den Ölkühlerkreislauf strömt
erwärmtes Kühlmittel aus der Brennkraftmaschine
in den Ölkühler, wo ein Wärmeaustausch
mit dem Schmiermittel der Brennkraftmaschine stattfindet. Aus dem Ölkühler
strömt das Kühlmittel zu dem Ölkühleranschluss
des ersten Drehschiebers, wo es mit den Kühlmittelströmen
aus den übrigen Teilkreisläufen vermischt werden
kann.
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In
einer bevorzugten Ausführung schließt nach dem
Start der Brennkraftmaschine und/oder unterhalb eines ersten Schwellwerts
der Kühlmitteltemperatur der zweite Drehschieber den zweiten
Zweig des Hauptkühlkreislaufs. Wenn das Kühlmittel
eine relativ niedrige Temperatur unterhalb eines ersten Schwellwerts
hat, was häufig nach dem Start der Brennkraftmaschine der
Fall ist, wird der zweite Zweig des Hauptkühlkreislaufs
durch den zweiten Drehschieber geschlossen, wodurch kein Kühlmittel aus
der Kühlmittelförderpumpe zurück in die
Brennkraftmaschine strömen kann. Ist auch der Heizungskreislauf
geschlossen, heizt sich das Kühlmittel in der Brennkraftmaschine
besonders rasch auf, da keine Zirkulation im Kühlmittelkreislauf
statt findet. Vorzugsweise verschließt der erste Drehschieber
in dieser Phase den Ölkühleranschluss und den
Hauptkühleranschluss, während der Bypassanschluss
geöffnet ist. Somit werden alle im Kühlmittelkreislauf
befindlichen Kühler während dieser Phase nicht
mit Kühlmittel durchströmt.
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In
einer bevorzugten Ausführung öffnet zwischen dem
ersten Schwellwert der Kühlmitteltemperatur und einem zweiten
Schwellwert der Kühlmitteltemperatur der erste Drehschieber
den Bypass und der zweite Drehschieber öffnet und schließt
den zweiten Zweig des Hauptkühlkreislaufs intervallartig. Sobald
die Kühlmitteltemperatur über den ersten Schwellwert
steigt, jedoch noch unter einem zweiten Schwellwert liegt, wird
der zweite Drehschieber derart verdreht, dass er intervallartig
Kühlmittel durchleitet. Dadurch ergibt sich ein relativ
geringer Kühlmittelstrom mit einer schwachen Zirkulation
des Kühlmittels innerhalb der Brennkraftmaschine, was zu
einer homogeneren Temperaturverteilung an den einzelnen Bauteilen
der Brennkraftmaschine bei einer weiterhin raschen Aufheizrate des
Kühlmittels führt. Vorzugsweise verschließt
der erste Drehschieber auch in dieser Phase den Ölkühleranschluss
und den Hauptkühleranschluss, während der Bypassanschluss
geöffnet ist.
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In
einer bevorzugten Ausführung öffnet zwischen dem
zweiten Schwellwert der Kühlmitteltemperatur und einem
dritten Schwellwert der Kühlmitteltemperatur der erste
Drehschieber den Bypass und den Ölkühlerkreislauf
und der zweite Drehschieber öffnet den zweiten Zweig des
Hauptkühlkreislaufs. Sobald die Kühlmitteltemperatur über
den zweiten Schwellwert steigt, jedoch noch unter einem dritten Schwellwert
liegt, wird der zweite Drehschieber dauerhaft geöffnet.
Der erste Drehschieber öffnet in dieser Phase zusätzlich
zum Bypassanschluss den Ölkühleranschluss, hält
den Hauptkühleranschluss vorzugsweise aber weiterhin geschlossen.
Dadurch kann erwärmtes Kühlmittel aus der Brennkraftmaschine
im Ölkühler einen Teil seiner Wärmemenge
an das Schmiermittel abgeben, wodurch dieses sich schneller erwärmt.
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In
einer bevorzugten Ausführung öffnet zwischen dem
dritten Schwellwert der Kühlmitteltemperatur und einem
Grenzwert der Kühlmitteltemperatur der erste Drehschieber
den Ölkühlerkreislauf und öffnet und
schließt den ersten Zweig des Hauptkühlkreislaufs
und den Bypass, zur Erreichung eines Sollwerts der Kühlmitteltemperatur,
intervallartig und der zweite Drehschieber öffnet den zweiten
Zweig des Hauptkühlkreislaufs. Sobald die Kühlmitteltemperatur über
den dritten Schwellwert steigt, jedoch noch unter einem Grenzwert
liegt, hat das Kühlmittel in etwa seine vorgesehene Solltemperatur
erreicht, woraufhin der erste Drehschieber intervallartig abwechselnd
den Bypassanschluss und den Hauptkühleranschluss öffnet
und schließt. Dadurch kann ein gewünschtes Mischungsverhältnis
zwischen den beiden Kühlmittelströmen mit unterschiedlichem
Temperaturniveau zur Beibehaltung der Solltemperatur erreicht werden.
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In
einer bevorzugten Ausführung wird die Kühlmitteltemperatur
im ersten Zweig des Hauptkühlkreislaufs stromab der Brennkraftmaschine
ermittelt. Indem die Kühlmitteltemperatur im ersten Zweig
des Hauptkühlkreislaufs am Kühlmittelaustritt
der Brennkraftmaschine ermittelt wird, kann relativ einfach auf die
in der Brennkraftmaschine vorliegende Kühlmitteltemperatur
geschlossen werden.
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In
einer bevorzugten Ausführung öffnet in einem Nachlaufbetrieb
nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine der erste Drehschieber
den ersten Zweig des Hauptkühlkreislaufs und schließt
den Bypass und der zweite Drehschieber schließt den zweiten
Zweig des Hauptkühlkreislaufs. Da im Nachlaufbetrieb nach
dem Abschalten der Brennkraftmaschine durch den fehlenden Fahrtwind
meist keine ausreichende Wärmeabfuhr an den Kühlern
mehr stattfindet, schließt der zweite Drehschieber den zweiten
Zweig des Hauptkühlkreislaufs, während der erste
Drehschieber den Hauptkühleranschluss öffnet und
den Bypassanschluss, sowie den Ölkühleranschluss
schließt. Dadurch kann das Kühlmittel aus der
Brennkraftmaschine über den Hauptkühler, den Drehsteller
und den Heizungswärmetauscher in die Brennkraftmaschine
zurück strömen. Indem sowohl der Hauptkühler,
als auch der Heizungswärmetauscher durchströmt
werden, erhöht sich die Kühlfläche, was
zu einer verbesserten Wärmeabfuhr beiträgt.
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In
einer bevorzugten Ausführung wälzt während
des Nachlaufbetriebs eine in dem Heizungskreislauf angeordnete Heizungsförderpumpe
das Kühlmittel um. Da von einer riemengetriebenen Kühlmittelförderpumpe
nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine keine Förderleistung
mehr abgerufen werden kann, erfolgt die Zirkulation während
des Nachlaufbetriebs durch eine elektrisch angetriebene Heizungsförderpumpe
im Heizungskreislauf.
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In
einer bevorzugten Ausführung ist in dem Heizungskreislauf,
insbesondere stromauf der Heizungsförderpumpe, ein Absperrventil
angeordnet, welches im Nachlaufbetrieb geöffnet ist. Durch
das Absperrventil kann der Zufluss von Kühlmittel an den Heizungswärmetauscher
unterbrochen werden, wenn keine Heizleistung für den Fahrgastraum
des Kraftfahrzeugs gefordert wird.
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In
einer bevorzugten Ausführung ist der erste Drehschieber
koaxial zum Saugmund der Kühlmittelförderpumpe
angeordnet und der zweite Drehschieber ist achsparallel zum Saugmund
der Kühlmittelförderpumpe angeordnet. Indem der
erste Drehschieber mit seiner Rotationsachse koaxial zur Rotationsachse
des Saugmunds der Kühlmittelförderpumpe angeordnet
ist, kann die Kühlmittelförderpumpe das Kühlmittel
leicht aus dem Inneren des ersten Drehschiebers ansaugen. Der zweite
Drehschieber ist mit seiner Rotationsachse achsparallel zur Rotationsachse
des Saugmunds der Kühlmittelförderpumpe mit einer
strömungstechnischen Verbindung zum Auslass der Kühlmittelförderpumpe
angeordnet, so dass die Kühlmittelförderpumpe
das aus dem ersten Drehschieber angesaugte Kühlmittel an
den zweiten Drehschieber fördern kann. Besonders vorteilhaft
ist eine Anordnung des zweiten Drehschiebers in einem radialen Umfangsbereich
der Kühlmittelförderpumpe. Durch eine derartige
Anordnung ergeben sich Vorteile bei der Bauraumausnutzung.
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In
einer bevorzugten Ausführung ist der erste Drehschieber
von einem Stellantrieb antreibbar und der zweite Drehschieber ist über
mindestens einen Winkelbereich mit dem ersten Drehschieber wirkverbunden,
wobei der zweite Drehschieber vom ersten Drehschieber angetrieben
wird. Indem nur der erste Drehschieber mit einem Stellantrieb versehen
ist, können Kosten und Bauraum gespart werden. Der Antrieb
des zweiten Drehschiebers erfolgt indirekt durch eine Verzahnung
mit dem ersten Drehschieber, wobei der erste und der zweite Drehschieber
nur in einem Winkelbereich miteinander kämmen.
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In
einer bevorzugten Ausführung ist der Winkelbereich von
Anschlägen begrenzt, an denen der zweite Drehschieber zur
Anlage kommt, wenn dieser nicht mit dem ersten Drehschieber wirkverbunden
ist. Besteht keine Wirkverbindung mehr zwischen dem ersten und dem
zweiten Drehschieber, liegt der zweite Drehschieber an einem der
Anschläge am Außenrand des Winkelbe reichs an,
während sich der erste Drehschieber außerhalb
des Winkelbereichs weiterdrehen kann.
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Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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Darin
zeigen:
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1 eine Übersichtsdarstellung
eines Kühlmittelkreislaufs mit einer Vorrichtung zum Betreiben
des Kühlmittelkreislaufs;
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2 eine
Schnittdarstellung eines Drehstellers;
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3 eine
Schnittdarstellung eines Drehstellers;
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4 eine
Darstellung der durch die Überschneidung der Anschlüsse
mit den Drehschieber-Durchströmöffnungen einstellbaren
Strömungsquerschnitte.
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Gemäß 1 hat
ein Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine 11 einen
Hauptkühlkreislauf 1, einen Heizungskreislauf 2,
einen Ölkühlerkreislauf 3 und einen Drehsteller 4 zum
Steuern der Kühlmittelströme in den einzelnen
Teilkreisläufen 1, 2 und 3.
Der Drehsteller 4 besteht aus einem Drehschiebergehäuse
mit einem erstem und einem zweiten drehbar gelagerten Drehschieber 6 und 7,
die Drehschieber-Durchströmöffnungen 8, 9 und 10 aufweisen.
Das Drehschiebergehäuse hat in seiner Wandung mehrere von
Kühlmittel durchströmbare Anschlüsse,
die durch eine Drehung der Drehschieber 6 und/oder 7 in
zumindest teilweise Überschneidung mit den Drehschieber-Durchströmöffnungen 8, 9 und/oder 10 gebracht
werden können und so verschiedene Strömungspfade
für die angeschlossenen Teilkreisläufe 1, 2 und 3 bilden.
An dem Drehsteller 4 ist eine Kühlmittelför derpumpe 5 angeordnet,
die Kühlmittel aus dem ersten Drehschieber 6 ansaugt und
in den zweiten Drehschieber 7 fördert. Die Brennkraftmaschine 11 besteht
im Wesentlichen aus einem Zylinderblock und einem Zylinderkopf,
die von Kühlmittel durchströmt werden, wodurch
die beim Verbrennungsprozess in den Zylindern der Brennkraftmaschine 11 freiwerdende
Wärmemenge teilweise auf das Kühlmittel übertragen
wird. Aus der Brennkraftmaschine 11 führt ein
erster Zweig 1a des Hauptkühlkreislaufs 1 das
erwärmte Kühlmittel über einen Hauptkühler 12,
welcher das Kühlmittel abkühlt, zu einem Hauptkühleranschluss
im Drehschiebergehäuse, der mit der Drehschieber-Durchströmöffnung 8 des
ersten Drehschiebers 6 strömungstechnisch verbindbar
ist. Stromauf des Hauptkühlers 12 zweigt ein Bypass 15 aus
dem ersten Zweig 1a des Hauptkühlkreislaufs 1 zu
einem Bypassanschluss des ersten Drehschiebers 6 ab, der
mit der Drehschieber-Durchströmöffnung 8 des
ersten Drehschiebers 6 strömungstechnisch verbindbar
ist. Durch eine Drehbewegung des ersten Drehschiebers 6 kann
die Drehschieber-Durchströmöffnung 8 mit dem
Bypassanschluss und/oder dem Hauptkühleranschluss in zumindest
teilweise Überschneidung gebracht werden und so die beiden
Strömungspfade von der Brennkraftmaschine 11 zur
Kühlmittelförderpumpe 5 stufenlos variabel öffnen
oder schließen. Von dem Auslass der Kühlmittelförderpumpe 5 führt ein
zweiter Zweig 1b des Hauptkühlkreislaufs 1 über den
zweiten Drehschieber 7 zur Brennkraftmaschine 11.
Der zweite Drehschieber 7 weist eine Drehschieber-Durchströmöffnung 9 auf,
die mit den Anschlüssen des zweiten Drehschiebers 7 im
Drehschiebergehäuse durch eine Drehbewegung des zweiten Drehschiebers 7 in
zumindest teilweise Überschneidung gebracht werden kann
und so einen Strömungspfad von der Kühlmittelförderpumpe 5 zur Brennkraftmaschine 11 stufenlos
variabel öffnet oder schließt. Stromauf des zweiten
Drehschiebers 7 zweigt der Heizungskreislauf 2 aus
dem zweiten Zweig 1b des Hauptkühlkreislaufs 1 ab
und führt Kühlmittel aus der Kühlmittelförderpumpe 5 über
ein Absperrventil 17, eine Heizungsförderpumpe 16 und einen
Heizungswärmetauscher 13 zur Brennkraftmaschine 11.
Das Absperrventil 17 ist geschlossen, wenn keine Heizleistung
angefordert wird und die Heizungsförderpumpe 16 ist
vorzugsweise elektrisch angetrieben, um bei einer zu geringen Förderleistung der
Kühlmittelförderpumpe 5 das Kühlmittel
durch den Kühlmittelkreislauf zu zirkulieren. Aus der Brennkraftmaschine 11 leitet
ferner ein Ölkühlerkreislauf 3 Kühlmittel über
den Ölkühler 14 zu einem Ölkühleranschluss
im Drehschiebergehäuse. Der erste Drehschieber 6 weist
eine weitere Drehschieber-Durchströmöffnung 9 auf,
die in zumindest teilweise Überschneidung mit dem Ölkühleranschluss
gebracht werden kann und so einen Strömungspfad von der Brennkraftmaschine 11 zur
Kühlmittelförderpumpe 5 stufenlos variabel öffnet
oder schließt. Der Ölkühler 14 dient
dabei der Temperierung des Schmiermittels der Brennkraftmaschine 11.
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Gemäß 2 ist
ein Drehsteller 4 an der Außenwand der Brennkraftmaschine 11 angeordnet und
umfasst ein Drehschiebergehäuse 20 mit einem ersten
und einem zweiten drehbar gelagerten Drehschieber 6 und 7,
die vorzugsweise als Rotationskörper mit einem Innenvolumen
ausgebildet sind. Die Wandungen der Drehschieber 6 und 7 weisen
Drehschieber-Durchströmöffnungen 8, 9 und 10 auf, durch
welche die Drehschieber 6 und 7 mit Kühlmittel beaufschlagt
werden können. An dem ersten Drehschieber 6 ist
eine vorzugsweise riemengetriebene Kühlmittelförderpumpe 5 angeordnet,
die mit ihrem Saugmund 18 strömungstechnisch mit
dem ersten Drehschieber 6 in Verbindung steht und mit ihrem Auslass 21 strömungstechnisch
mit dem zweiten Drehschieber 7 in Verbindung steht. Der
erste Drehschieber 6 wird von einem Stellantrieb 19 über
eine Drehachse direkt angetrieben, während der zweite Drehschieber 7 von
dem ersten Drehschieber 6 antreibbar ist. An dem Drehschiebergehäuse 20 sind mehrere
Anschlüsse 8a, 8b, 9a, 9b und 10a angebracht,
die von Kühlmittel durchströmt werden können.
Durch eine Drehbewegung des ersten Drehschiebers 6 und/oder
des zweiten Drehschiebers 7 können die Anschlüsse 8a, 8b, 9a, 9b und/oder 10a in
zumindest teilweise Überschneidung mit den entsprechenden
Drehschieber-Durchströmöffnungen 8, 9 und/oder 10 gebracht
werden und so stufenlos variabel verschiedene Strömungspfade öffnen
und schließen. Der Dreh schieben-Durchströmöffnung 8 des
ersten Drehschiebers 6 ist dabei ein Bypassanschluss 8a,
der von Kühlmittel aus einem Bypass 15 beaufschlagt
werden kann, und ein Hauptkühleranschluss 8b,
der mit Kühlmittel aus einem ersten Zweig 1a des
Hauptkühlkreislaufs beaufschlagt werden kann, zugeordnet.
Der weiteren Drehschieber-Durchströmöffnung 10 des
ersten Drehschiebers 6 ist ein Ölkühleranschluss 10a zugeordnet,
der mit Kühlmittel aus einem Ölkühlerkreislauf 3 beaufschlagbar
ist. Die Drehschieber-Durchströmöffnung 9 des
zweiten Drehschiebers 7 ist zwei gegenüberliegenden
Anschlüssen 9a und 9b zugeordnet, die
derart um den zweiten Drehschieber positioniert sind, dass stets
eine gleichmäßige Überschneidung der beiden
Anschlüsse 9a und 9b mit der Drehschieber-Durchströmöffnung 9 vorhanden
ist. Der zweite Drehschieber 7 schaltet den zweiten Zweig 1b des Hauptkühlkreislaufs,
der von dem Auslass 21 der Kühlmittelförderpumpe 5 zur
Brennkraftmaschine 11 führt und von dem stromauf
des zweiten Drehschiebers 7 der Heizungskreislauf 2 abzweigt.
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Gemäß 3 hat
ein Drehsteller 4 ein Drehschiebergehäuse 20,
in dem ein erster Drehschieber 6 und ein zweiter Drehschieber 7 drehbar
gelagert sind, wobei der erste Drehschieber 6 direkt angetrieben
wird und der zweite Drehschieber 7 über einen definierten
Winkelbereich durch ein Zahnrad 22 mit dem ersten Drehschieber 6 wirkverbunden
ist und von diesem angetrieben wird. Der zweite Drehschieber 7 hat
eine Drehschieber-Durchströmöffnung 9, die
mit den beiderseits des zweiten Drehschiebers 7 angeordneten
Anschlüssen 9a und 9b durch eine Drehbewegung
in zumindest teilweise Überschneidung gebracht werden kann
und so einen Strömungspfad stufenlos variabel öffnet
oder schließt. Dabei strömt Kühlmittel
aus der Brennkraftmaschine über den ersten Zweig 1a des
Hauptkühlkreislaufs durch den ersten Drehschieber 6 und
wird von einer Kühlmittelförderpumpe vor den zweiten
Drehschieber 7 gefördert. Je nach Stellung des
zweiten Drehschiebers 7 relativ zu den Anschlüssen 9a und 9b kann
das Kühlmittel den zweiten Drehschieber 7 passieren
und in einem zweiten Zweig 1b des Hauptkühlkreislaufs
zurück zur Brennkraftmaschine strömen.
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Gemäß 4 sind
an dem ersten und dem zweiten Drehschieber radial verteilte Drehschieber-Durchströmöffnungen 8, 9 und 10 angeordnet. Durch
eine Drehbewegung des ersten und/oder des zweiten Drehschiebers
können an einem Drehschiebergehäuse ortsfest angeordnete
Anschlüsse 8a, 8b, 9a, 9b und 10a in
zumindest teilweise Überschneidung mit den zugeordneten
Drehschieber-Durchströmöffnungen 8, 9 und/oder 10 gebracht
werden. Dabei ist zu beachten, dass die Anschlüsse 9a und 9b derart
an dem zweiten Drehschieber angeordnet sind, dass eine Verdrehung
desselben zu einer gleichmäßigen Überschneidung
der beiden Anschlüsse 9a und 9b mit der
Drehschieber-Durchströmöffnung 9 führt.
Der zweite Drehschieber kann zusammen mit dem ersten Drehschieber über
einem Winkelbereich α, der sich vorzugsweise zwischen 90° und
160° Verdrehung befindet, verschoben werden. Der erste
Drehschieber kann sich über den Winkelbereich α hinaus
von einer Ausgangslage bei 0° bis zu einer Endlage bei
ca. 260° bewegen, wobei der zweite Drehschieber an einem
linken oder rechten Anschlag an den Außengrenzen des Winkelbereichs α zur
Anlage kommt, wenn der erste Drehschieber nicht den Winkelbereich α überstreicht.
Nach dem Start der Brennkraftmaschine und unterhalb eines ersten
Schwellwerts der Kühlmitteltemperatur sind der erste und
der zweite Drehschieber wirkverbunden, wobei der erste Drehschieber
Kühlmittel aus dem Bypassanschluss 8a durchleitet
und der zweite Drehschieber am rechten Anschlag des Winkelbereichs α anliegt,
wo er kein Kühlmittel durchleitet. Nach dem Überschreiten
des ersten Schwellwerts und unterhalb eines zweiten Schwellwerts
der Kühlmitteltemperatur bewegt sich der zweite Drehschieber
zusammen mit dem ersten Drehschieber von dem rechten Anschlag des
Winkelbereichs α weg und leitet stoßweise Kühlmittel
aus dem Bypassanschluss 8a über den ersten Drehschieber
durch die Anschlüsse 9a und 9b des zweiten
Drehschiebers. Nach dem Überschreiten des zweiten Schwellwerts und
unterhalb eines dritten Schwellwerts der Kühlmitteltemperatur,
wird der zweite Drehschieber zur Anlage an dem linken Anschlag des
Winkelbereichs α gebracht, wodurch die Anschlüsse 9a und 9b des
zweiten Drehschiebers vollständig geöffnet ist.
In den ersten Drehschieber strömt dabei Kühlmittel
aus dem Ölkühleranschluss 10a und dem
Bypassanschluss 8a ein. Nach dem Überschreiten
des dritten Schwellwerts und unterhalb eines Grenzwerts der Kühlmitteltemperatur
bewegt sich der erste Drehschieber weiter in Richtung der Ausgangslage,
während der zweite Drehschieber weiterhin am linken Anschlag
des Winkelbereichs α anliegt. In den ersten Drehschieber strömt
dabei ständig Kühlmittel aus dem Ölkühleranschluss 10a ein,
wobei durch eine kontinuierliche Verschiebung des ersten Drehschiebers
ein definiertes Mischungsverhältnis von Kühlmittel
aus dem Bypassanschluss 8a und Kühlmittel aus
dem Hauptkühleranschluss 8b eingestellt werden
kann, bis eine Solltemperatur des Kühlmittels erreicht
wird. In einem Nachlaufbetrieb nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine
verschiebt der erste Drehschieber den zweiten Drehschieber an den
rechten Anschlag des Winkelbereichs α, so dass kein Kühlmittel mehr
die Anschlüsse 9a und 9b des zweiten
Drehschiebers durchströmen kann. Der erste Drehschieber
verdreht sich weiter in Richtung der Endlage, wodurch nur noch Kühlmittel
aus dem Hauptkühleranschluss 8b durchgeleitet
wird.
-
- 1
- Hauptkühlkreislauf
- 1a
- erster
Zweig (des Hauptkühlkreislaufs)
- 1b
- zweiter
Zweig (des Hauptkühlkreislaufs)
- 2
- Heizungskreislauf
- 3
- Ölkühlerkreislauf
- 4
- Drehsteller
- 5
- Kühlmittelförderpumpe
- 6
- erster
Drehschieber
- 7
- zweiter
Drehschieber
- 8
- Drehschieber-Durchströmöffnung
- 8a
- Bypassanschluss
- 8b
- Hauptkühleranschluss
- 9
- Drehschieber-Durchströmöffnung
- 9a
- Anschluss
des zweiten Drehschiebers
- 9b
- Anschluss
des zweiten Drehschiebers
- 10
- Drehschieber-Durchströmöffnung
- 10a
- Ölkühleranschluss
- 11
- Brennkraftmaschine
- 12
- Hauptkühler
- 13
- Heizungswärmetauscher
- 14
- Ölkühler
- 15
- Bypass
- 16
- Heizungsförderpumpe
- 17
- Absperrventil
- 18
- Saugmund
- 19
- Stellantrieb
- 20
- Drehschiebergehäuse
- 21
- Auslass
- 22
- Zahnrad
- α
- Winkelbereich
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 60209019
T2 [0003]
- - DE 10306094 A1 [0005]