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Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung, insbesondere für einen Ölkreislauf eines Kraftfahrzeugs, sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Ventileinrichtung.
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In Kraftfahrzeugen wird vom Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine freigesetzte Öl üblicherweise mittels eines Ölkreislaufs gekühlt, in welchem ein Ölkühler zum Kühlen des Öls sowie ein Ölfilter zum Reinigen des Öls angeordnet ist, bevor dieses über den Ölkreislauf wieder in die Brennkraftmaschine rückgeführt wird. Besagter Ölkühler ist dabei in der Regel fluidisch parallel zum Ölfilter angeordnet, so dass mittels einer geeigneten Ventileinrichtung in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern, insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur des durch den Ölkreislauf strömenden Öls, eingestellt werden kann, ob das Öl durch den Ölkühler oder durch das Ölfilter geführt werden soll.
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Von erheblicher Bedeutung für die Betriebssicherheit des Ölkreislaufs ist dabei die Integration eines sogenannten „Fail-Safe-Mechanismus“ in die Ventileinrichtung, und zwar derart, dass im Falle einer Funktionsstörung im Verstell-Mechanismus der Ventileinrichtung sichergestellt ist, dass das aus der Brennkraftmaschine kommende Öl vollständig in Ölkühler eingeleitet wird, bevor es in die Brennkraftmaschine rückgeführt wird. Diese Maßnahme schützt die Brennkraftmaschine bzw. den Ölkreislauf durch Beschädigung aufgrund von nicht ausreichend gekühltem Öl.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für eine in einem Ölkreislauf verwendbare Ventileinrichtung zu schaffen, in welche insbesondere auf konstruktiv einfach Art und Weise eine Fail-Safe-Funktion integriert ist.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
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Grundgedanke der Erfindung ist demnach, eine Ventileinrichtung mit einem Thermostat-Ventil auszustatten, welches eine temperaturabhängige Verstellung seines Ventilkörpers in Abhängigkeit von der Temperatur des durch die Ventileinrichtung strömenden Ventils erlaubt. Besagtes Thermostat-Ventil ist dabei derart realisiert, dass vom Ventilkörper mit zunehmender Temperatur ein fluidisch mit einem Ölkühler verbundener Ölauslass freigegeben wird. Mit abnehmender Temperatur wird hingegen ein fluidisch mit einem Ölfilter verbundener Ölauslass freigegeben. Ein nach einem derartigen Funktionsprinzip arbeitendes Thermostat-Ventil sorgt dafür, dass das in die Ventileinrichtung eingetretene Öl mit zunehmender Öltemperatur anteilig zunehmend, im Extremfall sogar vollständig, in den Ölkühler geleitet wird. Im Ölkühler wird das Öl gekühlt, bevor es erneut in die Brennkraftmaschine eingeleitet wird, wo es nach dem Abkühlen im Ölkühler erneut Abwärme aufnehmen kann. Für den Fall, dass eine Kühlung des Öls aufgrund zu hoher Temperaturwerte nicht oder nur in geringem Maße erforderlich ist, wird das Öl mit Hilfe des Thermostat-Ventils nicht mehr zum Ölkühler, sondern wenigstens teilweise – im Extremfall sogar vollständig – in den Ölfilter geleitet, so dass es dort gereinigt wird, bevor es wieder in die Brennkraftmaschine zurückgeführt wird.
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Für den Fall, dass das Thermostat-Ventil eine Fehlfunktion zeigt, derart, dass das durch die Ventileinrichtung strömende Öl trotz erforderlicher Kühlung nicht vom Thermostat-Ventil zum Ölkühler geführt wird, besitzt die hier vorgestellte, erfindungsgemäße Ventileinrichtung ein Rückstellelement. Mittels des Rückstellelements wird der Ventilkörper des Thermostat-Ventils in eine Position vorgespannt, in welcher das in die Ventileinrichtung eingetretene Öl vollständig über den entsprechenden Ölauslass zum Ölkühler geleitet wird. Eine fehlerbedingte Überhitzung des im Ölkreislauf strömenden Öls aufgrund mangelnder Kühlung im Ölkühler, bedingt durch ein Vorbeileiten des Öls am Ölkühler aufgrund eines nicht ordnungsgemäß arbeitenden Thermostatventils, kann auf diese Weise vermieden werden. Somit wird auch eine Beschädigung des Ölkreislaufs einschließlich der mit dem Ölkreislauf zusammenwirkenden Brennkraftmaschine aufgrund mangelnder Kühlleistung des durch den Ölkreislauf zirkulierenden Öls verhindert. Im Falle der oben beschriebenen Funktionsstörung des Thermostat-Ventils ist also die gewünschte Fail-Safe-Funktion gegeben.
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Eine erfindungsgemäße Ventileinrichtung umfasst ein einen Gehäuseinnenraum begrenzenden Gehäuse. Im Gehäuse sind ein Öleinlass sowie ein erster Ölauslass zum fluidischen Verbinden des Gehäuseinnenraums mit einem Ölfilter und ein zweiter Ölauslass zum fluidischen Verbinden des Gehäuseinnenraums mit einem Ölkühler vorhanden. Die Ventileinrichtung besitzt ein Thermostat-Ventil, welches einen im Gehäuse drehverstellbar gelagerten Ventilkörper aufweist. In der ersten Drehposition verbindet der Ventilkörper den Öleinlass fluidisch mit dem ersten Ölauslass und verschließt den zweiten Ölauslass. In einer zweiten Drehposition verbindet der Ventilkörper den Öleinlass fluidisch mit dem zweiten Ölauslass, wohingegen er den ersten Ölauslass verschließt. Erfindungsgemäß wirkt der Ventilkörper mit einem im Gehäuse angeordneten Thermostat-Element des Thermostat-Ventils zusammen, und zwar derart, dass die Stellung des Ventilkörpers in Abhängigkeit von der Temperatur des Thermostat-Elements zwischen der ersten und der zweiten Drehposition variiert. Weiterhin ist im Gehäuse der Ventileinrichtung ein Rückstellelement angeordnet, welches den Ventilkörper von der ersten Position weg zur zweiten Position hin vorspannt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wirkt das Thermostat-Element derart mit dem Ventilkörper zusammen, dass der Ventilkörper mit abnehmender Temperatur von der zweiten Drehposition weg zur ersten Drehposition hin und mit zunehmender Temperatur von der ersten Drehposition weg zur zweiten Drehposition hin bewegt wird. Auf diese Weise kann bei geeigneter fluidischer Verbindung des Ölkühlers mit dem zweiten Ölauslass sichergestellt werden, dass mit zunehmender Temperatur ein zunehmender Anteil des in die Ventileinrichtung eingetretenen Öls über den zweiten Ölauslass zur Kühlung dem Ölkühler zugeführt wird. Im Extremfall, in welchem sich der Ventilkörper sich in der zweiten Drehposition befindet, ist der erste Ölauslass vollständig verschlossen und der zweite Ölauslass geöffnet. In diesem Fall wird das gesamte in den Gehäuseinnenraum eingeleitete Öl über den zweiten Ölauslass wieder aus dem Gehäuseinnenraum ausgeleitet, so dass es im Ölkühler gekühlt werden kann. Ein „Bypass“ des Ölkühlers durch einen Teil des in den Gehäuseinnenraum eingeleiteten Öls wird auf diese Weise ausgeschlossen.
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Besonders zweckmäßig ist das Material des Thermostat-Elements eine Formgedächtnis-Legierung. Diese ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass das Thermostat-Element den Ventilkörper bei Unterschreiten eines ersten Temperatur-Schwellwerts in die erste Drehposition und bei Überschreiten eines zweiten Temperatur-Schwellwerts in die zweite Drehposition bewegt. Eine solche Formgedächtnis-Legierung erlaubt ein hochgenaues temperaturabhängiges Verstellen des Ventilkörpers über eine Vielzahl von Verstell-Zyklen hinweg.
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Besonders zweckmäßig kann der erste Temperatur-Schwellwert im Wesentlichen 98°C und der zweite Temperatur-Schwellwert im Wesentlichen 105°C betragen.
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Als technisch besonders einfach zu realisieren erweist sich eine bevorzugte Ausführungsform, bei welcher das Thermostat-Element als Thermo-Bimetallfeder ausgebildet ist. Diese stützt sich einenends am Gehäuse und anderenends am Ventilkörper ab.
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Besonders zweckmäßig ist das Rückstellelement als Spiralfeder ausgebildet, die sich einenends am Gehäuse und anderenends am Ventilkörper abstützt. Die Verwendung einer solchen, sehr einfach aufgebauten Spiralfeder führt dazu, dass die gewünschte „Fail-Safe-Funktion“ im Falle einer Fehlfunktion im Thermostat-Element zuverlässig zur Verfügung steht.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Ventilkörper derart ausgebildet, dass er in wenigstens einer Zwischenposition zwischen der ersten und der zweiten Drehposition den Öleinlass sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Ölauslass verbindet. Diese Maßnahme erlaubt es, das in die Ventileinrichtung eingeleitete Öl über die beiden Ölauslässe auf den Ölfilter und auf den Ölkühler zu verteilen. Das Teilungsverhältnis kann dabei durch Variation der eingestellten Zwischenposition angepasst werden.
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Vorzugsweise ist der Ventilkörper als drehbarer Hohlzylinder ausgebildet, in dessen Umfangswand ein Durchbruch vorhanden ist. Eine solche Bauform benötigt besonders wenig Bauraum. In der ersten Drehposition des Ventilkörpers ist der Gehäuseinnenraum über besagten Durchbruch fluidisch mit dem ersten Ölauslass, nicht aber mit dem zweiten Ölauslass verbunden. In der zweiten Drehposition ist der Gehäuseinnenraum fluidisch mit dem zweiten Ölauslass verbunden, nicht aber mit dem ersten Ölauslass. Durch eine Drehbewegung des Ventilkörpers, vorzugsweise um seine axiale Achse, kann der Ventilkörper zwischen der ersten der zweiten Drehposition verstellt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist am Hohlzylinder ein zapfenartiges Aufnahme-Element ausgeformt, auf dem, vorzugsweise nebeneinander, das Thermostat-Element und das Rückstell-Element entlang der axialen Richtung nebeneinander angeordnet sind. Diese Variante erlaubt eine besonders platzsparende Anordnung von Thermostat-Element und Rückstell-Element am Ventilkörper.
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Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich das Aufnahme-Element entlang der axialen Richtung des Hohlzylinders, so dass das Aufnahme-Element und das Rückstell-Element in der axialen Richtung benachbart und im Abstand zueinander auf dem Aufnahme-Element angeordnet sind. Dies erleichtert die Demontage von Rückstell- bzw. Thermostat-Element im Reparaturfall.
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Besonders bevorzugt ist das Aufnahme-Element im Hohlzylinder angeordnet. Diese Konfiguration ermöglicht es, dass das Thermostat-Ventil direkt von dem in den Gehäuseinnenraum eingeleiteten Öl umspült wird. Dies wiederum hat eine verbesserte thermische Ankopplung des Thermostat-Elements an das Öl zur Folge.
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Alternativ dazu kann das Aufnahme-Element außen vom Hohlzylinder abstehen. Auf diese Weise wird einem Werker im Bedarfsfall der Zugang zu Rückstell- und Thermostat-Element deutlich erleichtert.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung erstreckt sich das Aufnahme-Element entlang der axialen Richtung des Hohlzylinders.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung, bei welcher der Hohlzylinder eine Stirnwand umfasst, steht das zapfenartige Aufnahme-Element entlang der axialen Richtung von der Außenseite besagter Stirnwand ab. Dies erlaubt einem Werker einen besonders einfachen Zugriff auf das Rückstell-Element und auf das Thermostat-Element.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer ein Zylinderkurbelgehäuse aufweisenden Brennkraftmaschine. Das Kraftfahrzeug besitzt ein Ölfilter und einen Ölkühler zum Filtern bzw. Kühlen des aus dem Zylinderkurbelgehäuse gesammelten Öls. Mittels einer vorangehend vorgestellten Ventileinrichtung sind der erste Ölauslass fluidisch mit dem Ölfilter und der zweite Fluidauslass fluidisch mit dem Ölkühler verbindbar oder verbunden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
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1 ein erstes Beispiel einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung in perspektivischer Darstellung,
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2 den drehverstellbaren Ventilkörper der Ventileinrichtung in separater, perspektivischer Darstellung,
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3 die Ventileinrichtung der 1 in einem Querschnitt senkrecht zur Drehachse eines drehverstellbaren Ventilkörpers der Ventileinrichtung, wobei sich der Ventilkörper in einer ersten Drehposition befindet,
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4 die Ventileinrichtung der 1 in dem Querschnitt senkrecht zur Drehachse des drehverstellbaren Ventilkörpers der Ventileinrichtung, wobei sich der Ventilkörper in einer von der ersten Drehposition verschiedenen, zweiten Drehposition befindet.
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5 ein zweites Beispiel einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung in perspektivischer Darstellung,
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6 die Ventileinrichtung der 5 in einer Draufsicht,
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7 den drehverstellbaren Ventilkörper der Ventileinrichtung in separater, perspektivischer Darstellung,
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8 eine Teilansicht eines Ölkreislaufes, in welchen die Ventileinrichtung der 5 bis 7 integriert ist.
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Die 1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung 1. Die Ventileinrichtung 1 weist ein Gehäuse 2 auf, welches einen Gehäuseinnenraum 3 begrenzt. Den 3 und 4, welche das Gehäuse 2 in einem Querschnitt zeigen entnimmt man, dass im Gehäuse 2 ein Öleinlass 4 sowie ein erster und ein zweiter Ölauslass 5, 6 vorgesehen sind. Es versteht sich, dass die in den Figuren gezeigte Gehäusegeometrie lediglich beispielhaft eine mögliche Ausgestaltungsvariante für das Gehäuse 2 wiedergibt. Im Betrieb der Ventileinrichtung 1 in einem Kraftfahrzeug ist der Öleinlass 4 mit einer Ölpumpe (nicht gezeigt), der erste Ölauslass 5 mit einer Ölfiltereinrichtung und der zweite Ölauslass 6 mit einem Ölkühler (nicht gezeigt) verbunden.
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Wie in 1 dargestellt umfasst die Ventileinrichtung 1 ein Thermostat-Ventil 7 mit einem drehverstellbar im Gehäuse 2 gelagerten Ventilkörper 8. Der Ventilkörper 8 ist in 2 in separater Darstellung gezeigt. Die 3 und 4 zeigen beide die Ventileinrichtung 1 der 1 in einem Querschnitt. Entsprechend den 1, 3 und 4 ist der Ventilkörper 8 im Gehäuse 2 drehverstellbar gelagert, und zwar zwischen einer in der 3 gezeigten ersten Drehposition und einer in der 4 gezeigten zweiten Drehposition drehverstellbar. Wie 3 belegt, verbindet der Ventilkörper 8 in der ersten Drehposition den Öleinlass 4 fluidisch mit dem ersten Ölauslass 5 und verschließt gleichzeitig den zweiten Ölauslass 6. In 4 verbindet der Ventilkörper 8 in der zweiten Drehposition den Öleinlass 4 mit dem zweiten Ölauslass 6. Gleichzeitig verschließt der Ventilkörper 8 den ersten Ölauslass 5.
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Wie 2 erkennen lässt, kann der Ventilkörper 8 als um seine Mittellängsachse M drehbarer Hohlzylinder 12 ausgebildet sein. In einer Umfangswand 13 des Hohlzylinders 12 ist ein fensterartiger Durchbruch 14 vorhanden. In der ersten Drehposition des Ventilkörpers 8 ist der Gehäuseinnenraum 3 wie in 3 gezeigt über den Durchbruch 14 fluidisch mit dem ersten Ölauslass 5, nicht aber mit dem zweiten Ölauslass 6 verbunden. In der zweiten Position des Ventilkörpers 8 ist der Gehäuseinnenraum 3 wie in 4 gezeigt über den Durchbruch 14 fluidisch mit dem zweiten Ölauslass 6 verbunden ist, nicht aber mit dem ersten Ölauslass 5.
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Wie die 1 und 2 zeigen, wirkt der Ventilkörper 8 mit einem im Gehäuse 2 angeordneten Thermostat-Element 9 zusammen, welches als Thermo-Bimetallfeder 10 ausgebildet sein kann und Teil des Thermostat-Ventils 7 ist. Die Thermo-Bimetallfeder 10 stützt sich einenends am Gehäuse 2 und anderenends am Ventilkörper 8 ab. Der Ventilkörper wirkt mit dem Thermostat-Element des Thermostat-Ventils derart zusammen, dass die Stellung des Ventilkörpers 8 in Abhängigkeit von der Temperatur des Thermostat-Elements 9 zwischen der ersten und der zweiten Drehposition variiert.
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Das als Bimetallfeder 10 ausgebildete Thermostat-Element 9 wirkt dabei derart mit dem Ventilkörper 8 zusammen, dass der Ventilkörper 8 mit abnehmender Temperatur des Thermostat-Elements 9 von der zweiten Drehposition weg zur ersten Drehposition hin und mit zunehmender Temperatur von der ersten Drehposition weg zur zweiten Drehposition hin bewegt wird. Der Ventilkörper 8 ist darüber hinaus derart ausgebildet, dass er in mehreren, in den 3 und 4 nicht näher gezeigten Zwischenpositionen zwischen der ersten und der zweiten Drehposition den Öleinlass 4 sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Ölauslass 5, 6 verbindet. In diesem Fall gibt der Durchbruch 14 sowohl den ersten als auch zweiten Ölauslass 5, 6 jeweils teilweise frei.
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Vorzugsweise ist das Material des Thermostat-Elements 9 eine dem einschlägigen Fachmann als Formgedächtnis-Legierung bekannte Legierung. Die Formgedächtnis-Legierung ist derart ausgebildet, dass das Thermostat-Element 9 den Ventilkörper 8 bei Unterschreiten eines ersten Temperatur-Schwellwerts in die erste Drehposition und bei Überschreiten eines zweiten Temperatur-Schwellwerts in die zweite Drehposition bewegt. Bevorzugt betragen der erste Temperatur-Schwellwert im Wesentlichen 98°C und der zweite Temperatur-Schwellwert im Wesentlichen 105°C.
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Zusätzlich zum Thermostat-Element 9 ist im Gehäuse 3 ein Rückstell-Element 11 angeordnet, welches den Ventilkörper 8 von der ersten Drehposition weg zur zweiten Drehposition hin vorspannt. Auf diese Weise wird im Falle eines Defekts im Thermostat-Element 9 der Ventilkörper 8 im Sinne eines „Fail-Save“-Effekts selbsttätig in die zweite Drehposition bewegt, so dass das gesamte in den Gehäuseinnenraum 3 eingeleiteten Öls über den zweiten Ölauslass 6 in den Ölkühler geleitet wird.
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Entsprechend 2 ist am im Hohlzylinder 12 ein zapfenartig ausgebildetes Aufnahme-Element 15 ausgeformt, welches Teil des Ventilkörpers 8 ist. Das Aufnahme-Element 15 ist innerhalb des Hohlzylinders 12 angeordnet und kann wie aus der Darstellung der 2 erkennbar über radiale Verbindungsstege 17 integral am Hohlzylinder 12 ausgeformt sein. Das Aufnahme-Element 15 erstreckt sich entlang im Hohlzylinder 12 einer durch die Mittellängsachse M des Hohlzylinders 12 definierten axialen Richtung A. Das als Thermo-Bimetallfeder 10 ausgebildete Thermostat-Element 9 und das als Spiralfeder 16 ausgebildete Rückstell-Element 11 sind jeweils spiralförmig und im Abstand zueinander entlang der axialen Richtung A auf dem Aufnahme-Element 15 angeordnet.
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In den 5 bis 8 ist eine Variante der Ventileinrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung gezeigt. Die 5 zeigt das Thermostat-Ventil 7 in perspektivischer Darstellung, die 6 in einer Draufsicht. 7 zeigt den Ventilkörper 8 des Thermostat-Ventils 7 in separater Darstellung.
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Im Szenario der 5 bis 8 ist das Aufnahme-Element nicht wie im Beispiel der 1 bis 4 im Hohlzylinder angeordnet ist. Stattdessen steht das Aufnahme-Element wie in 7 gezeigt außen vom Hohlzylinder 12 ab. Hierzu weist der Hohlzylinder 12 eine Stirnwand 18 auf. Von der Außenseite 19 der Stirnwand 18 steht das zapfenartige Aufnahme-Element 15 entlang der axialen Richtung A des Hohlzylinders 12 ab. Das Aufnahme-Element 15 ist im Beispiel der 5 bis 8 konzentrisch zum Hohlzylinder 12 und dessen Mittellängsachse M angeordnet. Auf dem Aufnahme-Element 15 sind, jeweils spiralartig, in der axialen Richtung A benachbart zueinander das Thermostat-Element 9 in Form einer Thermo-Bimetallfeder 10 und das Rückstell-Element 11 in Form einer Spiralfeder 16 angeordnet.
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Die 8 zeigt eine mögliche Einbausituation der Ventileinrichtung 1 der 5 bis 7 in einem Ölkreislauf 20 eines Kraftfahrzeugs, der in 8 nur im Bereich der Ventileinrichtung 1 dargestellt ist.
