DE102018006548B4

DE102018006548B4 - Thermostatvorrichtung für eine Kühlanlage

Info

Publication number: DE102018006548B4
Application number: DE102018006548.1A
Authority: DE
Inventors: Mats Ekman; Ola SANDSTRÖM; Joakim Sommansson; Zoltan Kardos
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2017-08-24
Filing date: 2018-08-17
Publication date: 2023-04-20
Anticipated expiration: 2038-08-18
Also published as: DE102018006548A1; SE542611C2; SE1751017A1

Abstract

Thermostatvorrichtung für eine Kühlanlage, wobei die Thermostatvorrichtung einen bewegbar angeordneten Thermostatkörper (8), der konfiguriert ist, um Kühlmittel zwischen einer Kühlerumgehungsleitung (9) und einem Kühler (11) zu verteilen, ein Stellglied (14), das ein bewegbar angeordnetes Stellgliedelement (14b) umfasst, das konfiguriert ist, um Bewegungen auf den Thermostatkörper (8) zu übertragen, ein Ventilelement (15), das konfiguriert ist, um die Zufuhr eines unter Druck stehenden Fluids zu dem Stellglied (14) zu steuern, und eine Steuereinheit (16), die konfiguriert ist, um das Ventilelement (15) derart zu steuern, dass das Stellglied (14) eine Bewegung des Thermostatkörpers (8) in eine Position bereitstellt, in der er das Kühlmittel zwischen der Kühlerumgehungsleitung (9) und dem Kühler (11) auf eine gewünschte Art und Weise verteilt, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (14) mindestens eine Kammer (25), die durch das Stellgliedelement (14b) in einen ersten Kammerteil (25a) und einen zweiten Kammerteil (25b) unterteilt wird, umfasst, und dass das Ventilelement (15) in eine erste Ventilposition bewegbar angeordnet ist, in der es ein unter Druck stehendes Fluid von einer getrennten Fluidanlage zu dem ersten Kammerteil (25a) leitet und gleichzeitig die Entleerung von Fluid aus dem zweiten Kammerteil (25b) zulässt, so dass das Stellgliedelement (14b) eine Bewegung erzielt, die zu einer Bewegung des Thermostatkörpers (8) in einer ersten Bewegungsrichtung und in eine zweite Ventilposition, in der es unter Druck stehendes Fluid von der getrennten Fluidanlage zu dem zweiten Kammerteil (25b) leitet und gleichzeitig die Entleerung von Fluid aus dem ersten Kammerteil (25a) zulässt, führt, so dass das Stellgliedelement (14b) eine Bewegung erzielt, die zu einer Bewegung des Thermostatkörpers (8) in einer zweiten entgegengesetzten Bewegungsrichtung führt, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (14) mindestens zwei Kammern (25) umfasst, die jeweils mit einem bewegbar angeordneten Stellgliedelement (14b) versehen sind, das an einer drehbaren Welle (8e) des Thermostatkörpers (8) fest angeordnet ist.

Description

Allgemeiner Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Thermostatvorrichtung für eine Kühlanlage gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Das Kühlmittel einer Kühlanlage, die einen Verbrennungsmotor in einem Fahrzeug kühlt, muss eine Betriebstemperatur in einem spezifischen Temperaturbereich aufweisen, der 80 bis 110 °C betragen kann. Die Kühlanlage umfasst einen Kühler, in dem das Kühlmittel gekühlt wird, und eine Kühlerumgehungsleitung, die Kühlmittel an dem Kühler vorbei leitet. Der Kühler ist gewöhnlich an einem vorderen Abschnitt des Fahrzeugs angeordnet, wo das Kühlmittel durch Umgebungsluft gekühlt wird. Ein Thermostat leitet die Kühlmittelströmung zu der Kühlerumgehungsleitung, wenn er sich in einer geschlossenen Position befindet, und zu dem Kühler, wenn er sich in einer offenen Position befindet. Ein herkömmlicher Wachsthermostat schaltet auf einer spezifischen Regulierungstemperatur plötzlich zwischen der geschlossenen Position und der offenen Position um. Somit kann sich die Temperatur des Kühlers zwischen der Temperatur von Umgebungsluft, wenn der Thermostat geschlossen ist, und der Temperatur des Kühlmittels, wenn der Thermostat geöffnet ist, ändern. Folglich wird der Kühler häufig schnellen Temperaturänderungen und hohen thermischen Belastungen ausgesetzt, wenn ein Wachsthermostat verwendet wird. Die Lebensdauer eines Kühlgeräts ist weitgehend davon abhängig, wie oft es erhitzt und abgekühlt wird.
Es sind elektrisch betriebene Thermostate bekannt, die einen Thermostatkörper umfassen, der anhand eines Elektromotors in einem Gehäuse gedreht wird. Eine Steuereinheit steuert den Betrieb des Elektromotors. In diesem Fall ist es möglich, die Kühlmittelströmung mit hoher Genauigkeit auf die Kühlerumgehungsleitung und den Kühler zu verteilen. In diesem Fall ist es möglich, die thermische Belastung für den Kühler zu reduzieren. Ein Elektromotor ist jedoch relativ kostspielig und platzraubend.
Die SE 1450674 A1 zeigt eine Kühlanlage für einen Verbrennungsmotor. Die Kühlanlage umfasst eine Thermostatvorrichtung, die ein schwenkbar angeordnetes Strömungselement umfasst, das die Kühlmittelströmung von dem Verbrennungsmotor zwischen einer Kühlerumgehungsleitung und einem Kühler verteilt. Das erste Strömungselement wird durch ein zylinderförmiges Stellglied in eine gewünschte Position bewegt. Das zylinderförmige Stellglied wird durch unter Druck stehendes Kühlmittel betrieben. Eine Steuereinheit steuert die Zufuhr von unter Druck stehendem Kühlmittel zu dem Stellglied anhand eines Durchgangsventils und somit die Positionierung des Strömungselements.
Weiterer relevanter Stand der Technik findet sich in der DE 10 2015 012 835 A1 , WO 2010 / 029 085 A1 , WO 2017 / 054 970 A1 und DE 103 45 614 A1 .
Kurzdarstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine kostengünstige und platzsparende Thermostatvorrichtung für eine Kühlanlage bereitzustellen, bei der die Kühlmittelströmung zu einem Kühler mit hoher Genauigkeit gesteuert werden kann.
Die zuvor erwähnte Aufgabe wird durch die Thermostatvorrichtung nach Anspruch 1 erfüllt. Die Thermostatvorrichtung umfasst einen bewegbar angeordneten Thermostatkörper, der die Kühlmittelströmung auf eine Kühlerumgehungsleitung und einen Kühler verteilt. Der Thermostatkörper wird anhand eines Stellglieds, das durch ein Ventilelement und eine Steuereinheit gesteuert wird, in eine gewünschte Position bewegt. Das Stellglied umfasst mindestens eine Kammer, die durch ein bewegbar angeordnetes Stellgliedelement in einen ersten Kammerteil und einen zweiten Kammerteil unterteilt ist. Das Ventilelement ist in einer ersten Ventilposition, in der es ein unter Druck stehendes Fluid aus einer getrennten Fluidanlage zu dem ersten Kammerteil leitet, bewegbar angeordnet. Die getrennte Fluidanlage verwendet ein anderes Fluid als das Kühlmittel, das in der Kühlanlage umläuft. Das zugeführte unter Druck stehende Fluid stellt eine Bewegung des Stellgliedelements bereit, die auf eine Bewegung des Thermostatkörpers in einer ersten Bewegungsrichtung übertragen wird. Andererseits ist das Ventilelement in einer zweiten Ventilposition, in der es ein unter Druck stehendes Fluid von der getrennten Fluidanlage zu dem zweiten Kammerteil leitet, bewegbar angeordnet. In diesem Fall stellt das zugeführte unter Druck stehende Fluid eine Bewegung des Stellgliedelements in einer entgegengesetzten Richtung bereit, die auf eine Bewegung des Thermostatkörpers in einer entgegengesetzten zweiten Bewegungsrichtung übertragen wird. Somit ist es möglich, Bewegungen des Thermostatkörpers in zwei entgegengesetzten Richtungen, und somit in die gewünschte Position, anhand des Stellglieds und des Ventilelements bereitzustellen. Die getrennte Fluidanlage verwendet ein anderes Fluid als das Kühlmittel, das in der Kühlanlage umläuft. Eine derartige Bauform der Thermostatvorrichtung ermöglicht es, die Kühlmittelströmung mit hoher Genauigkeit auf die Kühlerumgehungsleitung und den Kühler zu verteilen. Ferner ist es möglich, dem Stellglied und dem Ventilelement eine einfache Bauform mit kleinen Abmessungen zu verleihen, die zu einer kostengünstigen und platzsparenden Thermostatventilvorrichtung führt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Ventilelement in einer Blockierposition bewegbar angeordnet, in der es eine Entleerung des Fluids aus dem ersten Kammerteil und dem zweiten Kammerteil verhindert, so dass der Thermostatkörper in einer festgelegten Position gehalten wird. Unter bestimmten Betriebsbedingungen, wenn beispielsweise die gesamte Kühlmittelströmung zu der Kühlerumgehungsleitung oder dem Kühler geleitet wird, kann es zweckmäßig sein, den Thermostatkörper in einer stabilen und festgelegten Position zu halten, in der er die gesamte Kühlmittelströmung zu der Kühlerumgehungsleitung oder dem Kühler leitet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Ventilelement mit einer Rückleitung verbunden, die das entleerte Fluid aus den jeweiligen Kammerteilen zurück in die getrennte Fluidanlage leitet. In diesem Fall beeinträchtigt die Verwendung des unter Druck stehenden Fluids als Energiequelle für das Stellglied den normalen Betrieb der Fluidanlage nicht erheblich.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Stellgliedelement konfiguriert sein, um eine Bewegung zu erzielen, die zu einer Drehbewegung des Thermostatkörpers führt. Alternativ kann die Bewegung des Stellgliedelements zu einer andersartigen Bewegung des Thermostatkörpers führen, wie etwa zu einer linearen Wechselbewegung.
Gemäß der Erfindung umfasst das Stellglied mindestens zwei Kammern, die jeweils mit einem bewegbar angeordneten Stellgliedelement versehen sind, das an einer drehbaren Welle des Thermostatkörpers fest angeordnet ist. In diesem Fall führt eine Bewegung der Stellgliedelemente auf sehr einfache Art und Weise zu einer Drehbewegung des Thermostatkörpers. Falls zwei Kammern verwendet werden, ist es möglich, eine Drehbewegung des Thermostatkörpers in einem Winkelbereich von bis zu 180° bereitzustellen. Falls drei Kammern verwendet werden, ist es möglich, eine Drehbewegung des Thermostatkörpers in einem Winkelbereich von bis zu 120° bereitzustellen. Falls vier Kammern verwendet werden, ist es möglich, eine Drehbewegung des Thermostatkörpers in einem Winkelbereich von bis zu 90° bereitzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Ventilelement mindestens einen Elektromagneten, der konfiguriert ist, um das Ventilelement in verschiedene Ventilpositionen zu bewegen. Elektromagnetische Ventile in der Form von Elektromagneten sind relativ kleine Ventile, die leicht zu steuern sind. Ferner sind sie relativ kostengünstig. Eine einfache Bauform des Ventilelements kann einen einzigen Elektromagneten umfassen, der das Ventilelement in zwei verschiedene Ventilpositionen bewegt. Alternativ umfasst das Ventilelement zwei Elektromagnete, die konfiguriert sind, um das Ventilelement in zwei verschiedene Ventilpositionen zu bewegen, und die Federn des Elektromagneten sind konfiguriert, um das Ventilelement in eine weitere Ventilposition zu bewegen. Eine der drei Ventilpositionen kann eine Bewegung des Thermostatkörpers in eine erste Bewegungsrichtung definieren, eine der drei Ventilpositionen kann eine Bewegung des Thermostatkörpers in eine zweite Bewegungsrichtung definieren, und eine der drei Ventilpositionen kann eine stationäre Position des Thermostatkörpers definieren.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit konfiguriert, um die Positionierung des Thermostatkörpers anhand einer Information von einem Sensor zu steuern, der einen Parameter bezüglich des Kühlbedarfs des Kühlmittels in dem Kühlkreislauf erfasst. Ein derartiger Sensor kann ein Temperatursensor sein, der die Temperatur des Kühlmittels in einer geeigneten Position der Kühlanlage erfasst. Ferner sind Parameter, die den Kühlbedarf des Kühlmittels beeinflussen, die Umgebungstemperatur und die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs. Das Kühlmittel erzielt beispielsweise eine wirksamere Kühlung in dem Kühler, wenn die Umgebungstemperatur tief ist und wenn das Fahrzeug eine hohe Geschwindigkeit aufweist. Ein weiterer derartiger Parameter ist die Belastung des Verbrennungsmotors. Falls die Kühlanlage andere Komponenten als einen Verbrennungsmotor, wie etwa einen hydrodynamischen Retarder, kühlt, ist es angemessen, eine Information zu empfangen, die angibt, wann der Retarder aktiviert ist. Ein weiterer derartiger Parameter kann eine Information von einer GPS-Einheit umfassen, welche die Steuereinheit über die Topographie der vorausliegenden Straße informiert.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Steuereinheit konfiguriert sein, um Zugriff auf gespeicherte Informationen über eine geeignete Position für den Thermostatkörper als Funktion des Parameters zu haben. Alternativ kann die Steuereinheit eine geeignete Position des Thermostatkörpers angesichts der Information über den Parameter berechnen. Wenn eine gewünschte Position des Thermostatkörpers bestimmt wurde, steuert die Steuereinheit das Ventilelement, so dass das Stellglied den Thermostatkörper in die bestimmte Position bewegt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Steuereinheit konfiguriert sein, um die Positionierung des Thermostatkörpers anhand einer Information von einem Positionssensor, der die tatsächliche Position des Thermostatkörpers erfasst, zu steuern. Anhand eines derartigen Positionssensors ist es möglich, eine Information bezüglich der tatsächlichen Position des Thermostatkörpers, und somit der tatsächlichen Verteilung des Kühlmittels auf die Kühlerumgehungsleitung und den Kühler, zu empfangen. Eine derartige Rückmeldungsinformation ermöglicht es, das Kühlmittel zwischen der Kühlerumgehungsleitung und dem Kühler mit sehr hoher Genauigkeit zu verteilen und eine gewünschte Temperatur des Kühlmittels während im Wesentlichen allen Betriebsbedingungen zu bewahren.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Thermostatkörper innerhalb eines Positionsbereichs bewegbar angeordnet, der durch eine erste Endposition, in welcher der Thermostatkörper die gesamte Kühlmittelströmung zu der Kühlerumgehungsleitung leitet, und eine zweite Endposition, in welcher der Thermostatkörper die gesamte Kühlmittelströmung zu dem Kühler leitet, definiert ist. In den Positionen zwischen den Endpositionen des Positionsbereichs wird das Kühlmittel in variablen Mengen zu der Kühlerumgehungsleitung und dem Kühler geleitet. Bevorzugt ist der Thermostatkörper in Positionen in dem Positionsbereich stufenlos bewegbar angeordnet. Eine derartige Bauform der Thermostatvorrichtung steigert weiterhin die Fähigkeit, das Kühlmittel mit hoher Genauigkeit zwischen der Kühlerumgehungsleitung und dem Kühler zu verteilen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die getrennte Fluidanlage eine Ölanlage, die den Verbrennungsmotor schmiert. Eine derartige Anlage ist gewöhnlich nahe an einer Thermostatvorrichtung in einer Kühlanlage angeordnet. Somit ist es möglich, einen Teil der Ölströmung in relativ kurzen Leitungen zu der Thermostatvorrichtung zu leiten. Ferner ist der Druck in einer derartigen Ölanlage relativ Konstant. Das Ventilelement kann ausgelegt sein, um Öl von der Ölanlage in einer Position stromabwärts von einer Ölpumpe, die Öl in der Ölanlage umwälzt, aufzunehmen. Das Öl hat seinen höchsten Druck in dieser Position der Ölanlage. Es ist natürlich möglich, andersartige existierende Fluidanlagen in einem Fahrzeug zu verwenden, wie beispielsweise eine Druckluftanlage.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Thermostatkörper in einem Gehäuse bewegbar angeordnet, das einen Einlassstutzen, der Kühlmittel aufnimmt, einen ersten Auslassstutzen, der Kühlmittel zu der Kühlerumgehungsleitung leitet, und einen zweiten Auslassstutzen, der Kühlmittel zu dem Kühler leitet, umfasst, und der Thermostatkörper umfasst eine erste Einlassöffnung, eine erste Auslassöffnung, die mit Bezug auf den ersten Auslassstutzen bewegbar angeordnet ist, und eine zweite Auslassöffnung, die mit Bezug auf den ersten Auslassstutzen bewegbar angeordnet ist, so dass die Kühlmittelströmungen zu der Kühlerumgehungsleitung und dem Kühler mit den Positionen der Auslassöffnungen des Thermostatkörpers in Bezug auf die entsprechenden Auslassstutzen des Gehäuses zusammenhängen. Eine derartige Bauform des Gehäuses und des Thermostatkörpers ermöglichen es, das Kühlmittel mit hoher Genauigkeit zwischen der Kühlerumgehungsleitung und dem Kühler anhand von relativ kleinen Bewegungen des Thermostatkörpers mit Bezug auf das Gehäuse anpassbar zu verteilen.
Figurenliste
Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 eine Kühlanlage in einem Fahrzeug, das eine Thermostatvorrichtung gemäß der Erfindung umfasst,
2 ausführlicher die Thermostatvorrichtung,
3 eine Seitenansicht der Thermostatvorrichtung,
4 ein Stellglied, das einen Thermostatkörper dreht, und
5a bis c ein Ventilelement, das Öl zu dem Stellglied leitet.

Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
1 zeigt ein schematisch angegebenes Fahrzeug 1, das durch einen Verbrennungsmotor 2 angetrieben wird. Das Fahrzeug 1 kann ein schweres Fahrzeug sein und der Verbrennungsmotor 2 kann ein Dieselmotor oder ein Ottomotor sein. Der Verbrennungsmotor 2 wird durch Kühlmittel gekühlt, das in einer Kühlanlage umläuft. Das Kühlmittel wird durch eine Kühlmittelpumpe 3 umgewälzt, die in einer Motoreinlassleitung 4 zum Verbrennungsmotor 2 angeordnet ist. Nachdem das Kühlmittel den Verbrennungsmotor 2 abgekühlt hat, wird es in eine Motorauslassleitung 5 geleitet. In diesem Fall umfasst die Motorauslassleitung 5 ein Retarder-Kühlgerät 6, in dem ein Arbeitsmedium eines hydraulischen Retarders gekühlt wird. Nachdem das Kühlmittel durch das Retarder-Kühlgerät 6 gegangen ist, wird es zu einer Thermostatvorrichtung geleitet. Die Thermostatvorrichtung umfasst ein Gehäuse 7, das einen bewegbar angeordneten Thermostatkörper 8 umfasst. Der Thermostatkörper 8 ist in einem Positionsbereich bewegbar angeordnet, der durch eine erste Endposition, in der er die gesamte Kühlmittelströmung in der Motorleitung 5 zu einer Kühlerumgehungsleitung 9 leitet, und eine zweite Endposition, in der er die gesamte Kühlmittelströmung über eine Kühlereinlassleitung 10 zu einem Kühler 11 leitet, definiert ist. Der Thermostatkörper 8 ist in einer beliebigen Anzahl von Zwischenpositionen zwischen der ersten Endposition und der zweiten Endposition stufenlos positionierbar. In diesen Positionen verteilt der Thermostatkörper 8 die Kühlmittelströmung variabel auf die Kühlerumgehungsleitung 9 und die Kühlereinlassleitung 10. Das Kühlmittel wird in dem Kühler 11 durch Umgebungsluft, die durch ein Kühlergebläse 12 durch das Kühlgerät 11 hindurch gedrückt wird, und die Staudruckluft gekühlt. Das Kühlergebläse 12 wird durch den Verbrennungsmotor 2 anhand einer geeigneten Verbindung angetrieben. Das Kühlmittel, das den Kühler 11 verlässt, wird über eine Rückleitung 13 zurück in die Motoreinlassleitung 4 geleitet.
Ein Stellglied 14 wird verwendet, um die Drehbewegungen des Thermostatkörpers 8 in gewünschte Drehpositionen in dem Gehäuse 7 bereitzustellen. Das Stellglied 14 wird durch ein Ventilelement 15 aktiviert. Eine Steuereinheit 16 steuert das Ventilelement 15 anhand einer Information von einem Positionssensor 17, der die Position des Thermostatkörpers 8 erfasst, und von einem Temperatursensor 18, der die Temperatur des Kühlmittels in einer geeigneten Position der Kühlanlage erfasst. In diesem Fall erfasst der Temperatursensor 18 die Temperatur des Kühlmittels in der Motorauslassleitung 5 in einer Position stromabwärts von dem Retarder-Kühlgerät 6. Der Verbrennungsmotor 2 wird durch eine schematisch angegebene Ölanlage 19 geschmiert. Eine Ölpumpe 21 setzt das Öl unter Druck und wälzt es in der Ölanlage um. Die Ölanlage 19 umfasst einen Thermostatkreislauf 20, der eine Einlassleitung 20a, die unter Druck stehendes Öl zu dem Ventilelement 15 leitet, und eine Rückleitung 20b, die Öl von dem Ventilelement 15 zurück zu der normalen Ölanlage 19 leitet, umfasst. Die Rückleitung 20b kann das Öl zu einer Ölwanne in der Ölanlage zurückleiten. Das unter Druck stehende Öl in dem Thermostatkreislauf 20 wird als Energiequelle für das Stellglied 14 verwendet.
2 zeigt das Gehäuse 7 und den Thermostatkörper 8 ausführlicher. Das Gehäuse 7 umfasst einen Einlassstutzen 7a, der Kühlmittel von der Motorauslassleitung 5 aufnimmt, einen ersten Auslassstutzen 7b, der Kühlmittel zu der Kühlerumgehungsleitung 9 leitet, und einen zweiten Auslassstutzen 7c, der Kühlmittel zu der Kühlereinlassleitung 10 leitet. Der Thermostatkörper 8 weist eine im Wesentlichen sphärische Form mit einem leeren Innenraum 8d auf. Der Thermostatkörper 8 ist in dem Gehäuse 7 um eine Drehachse 22 herum drehbar angeordnet. Die Drehachse 22 erstreckt sich durch eine Welle 8e des Thermostatkörpers 8. Die Welle 8e ist anhand eines Lagers 23 in dem Gehäuse 7 drehbar angeordnet. Der Thermostatkörper 8 umfasst eine Einlassöffnung 8a, die zusammen mit dem Einlassstutzen 7a des Gehäuses 7 einen Einlassdurchgang für Kühlmittel in der Motorauslassleitung 5 zum Innenraum 8d des Thermostatkörpers 8 definiert. Die Drehachse 22 erstreckt sich mittig durch den Einlassstutzen 7a und die Einlassöffnung 8a hindurch. Der Einlassströmungsdurchgang, der durch den Einlassstutzen 7a und die Einlassöffnung 8a definiert ist, weist unabhängig von der Drehposition des Thermostatkörpers 8 eine konstante Querschnittsfläche auf.
Der Thermostatkörper 8 umfasst eine erste Auslassöffnung 8b, die zusammen mit dem ersten Auslassstutzen 7b einen ersten Auslassdurchgang definiert, der Kühlmittel von dem Innenraum 8d des Thermostatkörpers 8 zu der Kühlerumgehungsleitung 9 definiert. Der Thermostatkörper 8 umfasst eine zweite Auslassöffnung 8c, die zusammen mit dem zweiten Auslassstutzen 7c des Gehäuses 7 einen zweiten Auslassdurchgang definiert, der Kühlmittel von dem Innenraum 8d des Thermostatkörpers 8 zu der Kühlereinlassleitung 10 leitet. Während einer Drehung des Thermostatkörpers 8 variieren die Querschnittsflächen des ersten Auslassdurchgangs und des zweiten Auslassdurchgangs und somit die Verteilung von Kühlmittel auf die Kühlerumgehungsleitung 9 und die Kühlereinlassleitung 10. Dichtungselemente 24 sind in geeigneten Zwischenräumen zwischen dem Thermostatkörper 8 und dem Gehäuse 7 angeordnet, um Undichtigkeit zu verhindern. Die Dichtungselemente 24 sind in einer festgelegten Position in dem Gehäuse 7 angeordnet. Die Dichtungselemente 24 umfassen eine Kontaktfläche mit dem Thermostatkörper 8. Mindestens die Kontaktflächen der Dichtungselemente 24 umfassen ein reibungsarmes Material, wie etwa PTFE, um einen reibungsarmen Kontakt mit dem drehbaren Thermostatkörper 8 bereitzustellen.
3 zeigt eine Seite des Thermostatgehäuses 7, die mit dem ersten Auslassstutzen 7b versehen ist. Der erste Auslassstutzen 7b bildet zusammen mit der ersten Auslassöffnung 8b des Thermostatkörpers 8 den ersten Auslassdurchgang, der Kühlmittel zu der Kühlerumgehungsleitung 9 leitet. Der erste Auslassdurchgang weist eine Querschnittsfläche auf, die mit der Drehposition der ersten Auslassöffnung 8b variiert. In diesem Fall weist die erste Auslassöffnung 8b eine Querschnittsfläche auf, die zwischen zwei Endpositionen ständig zunimmt. Die erste Auslassöffnung 8b ist derart ausgelegt, dass der erste Auslassdurchgang eine maximale Querschnittsfläche in der ersten Endposition des Heizkörpers 8 und eine minimale oder Nullquerschnittsfläche in der zweiten Endposition des Heizkörpers 8 aufweist. Die Querschnittsfläche des ersten Strömungsdurchgangs nimmt mit dem Abstand zu der ersten Endposition ständig ab.
Auf der gegenüberliegenden Seite des Thermostatgehäuses 7 definieren der zweite Auslassstutzen 7c und die zweite Öffnung 8c des Thermostatkörpers 8 einen zweiten Strömungsdurchgang, der Kühlmittel zu der Kühlereinlassleitung 10 leitet. Die zweite Öffnung 8c kann eine entsprechende Form wie die erste Auslassöffnung 8b aufweisen, wobei eine Querschnittsfläche mit der Drehposition der zweiten Auslassöffnung 8c variiert. Die zweite Auslassöffnung 8c ist derart ausgelegt, dass der zweite Auslassdurchgang eine maximale Querschnittsfläche in der zweiten Endposition des Heizkörpers 8 und eine minimale oder Nullquerschnittsfläche in der ersten Endposition des Heizkörpers 8 aufweist. Die Querschnittsfläche des ersten Strömungsdurchgangs nimmt mit dem Abstand zu der zweiten Endposition ständig ab.
4 zeigt eine Querschnittsansicht des Stellglieds 14. Das Stellglied 14 umfasst einen Stellgliedkörper 14a, der mit einer mittleren Bohrung versehen ist, welche die Welle 8e des Thermostatkörpers 8a aufnimmt. In diesem Fall ist der Stellgliedkörper 14a mit drei Kammern 25 versehen, die in konstanten Intervallen um die Welle 8e herum angeordnet sind. Das Stellglied 14 umfasst drei bewegbar angeordnete Stellgliedelemente 14b. Jedes Stellgliedelement 14b unterteilt eine Kammer 25 in einen ersten Kammerteil 25a und einen zweiten Kammerteil 25b. Die ersten Kammerteile 25a sind mit einer ersten Ölleitung 26a verbunden. Die zweiten Kammerteile 25b sind mit einer zweiten Ölleitung 26b verbunden.
5a bis c zeigen das Ventilelement 15 ausführlicher in drei verschiedenen Ventilpositionen. Die Steuereinheit 16 steuert das Ventilelement 15 anhand von zwei Elektromagneten S_A, S_B. Das Ventilelement 15 nimmt unter Druck stehendes Öl aus der Öleinlassleitung 20a auf und bringt das Öl über eine Ölrückleitung 20b zu der ursprünglichen Ölanlage 19 zurück. 5a zeigt das Ventilelement 15 in einer ersten Ventilposition, wenn der Elektromagnet S_A aktiviert ist. In der ersten Ventilposition leitet das Ventilelement 15 unter Druck stehendes Öl aus der Öleinlassleitung 20a zu der ersten Ölleitung 26a und den ersten Kammerteilen 25a des Stellglieds 14. Das unter Druck stehende Öl wirkt auf die Stellgliedelemente 14b ein, so dass sie die Welle 8e und den Thermostatkörper 8 in einer ersten Bewegungsrichtung in Richtung auf die erste Endposition drehen. Während dieser Bewegung drücken die bewegbaren Stellgliedelemente 14b Öl aus den zweiten Kammerteilen 25b heraus. Das entleerte Öl wird in der zweiten Ölleitung 26b aufgenommen, die das Öl über das Ventilelement 15 zu der Ölrückleitung 20b und zurück in die ursprüngliche Ölanlage 19 leitet.
5b zeigt das Ventilelement 15 in einer Blockierposition. In diesem Fall wurde der Elektromagnet S_B aktiviert und hat das Ventilelement in die Blockierposition bewegt. In der Blockierposition leitet das Ventilelement 15 das unter Druck stehende Öl von der Einlassleitung 20a zu der Ölrückleitung 20b und zurück in die normale Ölanlage 19. Ferner verhindert das Ventilelement 15, dass Öl die ersten Teile 25a sowie die zweiten Teile 24b der Kammern 24 über die erste Ölleitung 26a und die zweite Ölleitung 26b verlässt. Folglich werden das bewegbare Stellgliedelement 14b und das Thermostatventil 8 in einer festgelegten Position gehalten.
5c zeigt das Ventilelement 15 in einer zweiten Ventilposition, wenn keiner der Elektromagnete S_A, S_B aktiviert ist. In diesem Fall haben die Federn der Elektromagnete S_A, S_B das Ventilelement 15 in die zweite Ventilposition bewegt. In der zweiten Ventilposition leitet das Ventilelement 15 das unter Druck stehende Öl von der Öleinlassleitung 20a zu der zweiten Ölleitung 26b und den zweiten Kammerteilen 25b. Das unter Druck stehende Öl wirkt auf die Stellgliedelemente 14b ein, so dass sie die Welle 8e und den Thermostatkörper 8 in einer zweiten Bewegungsrichtung in Richtung auf die zweite Endposition drehen. Während dieser Bewegung pressen die Stellgliedelemente 14b Öl aus den ersten Kammerteilen 25a heraus. Das entleerte Öl wird in der ersten Ölleitung 26a aufgenommen, woraufhin das Ventilelement 15 das Öl über die Rückleitung 20b zurück in die ursprüngliche Ölanlage 19 bringt.
Während des Betriebs des Verbrennungsmotors 2 empfängt die Steuereinheit 16 häufig Informationen von dem Temperatursensor 18 über die Temperatur des Kühlmittels in der Motorauslassleitung 5. Die Steuereinheit 16 empfängt auch Informationen von dem Positionssensor 17 über die tatsächliche Drehposition des Thermostatventils 8. Falls die Steuereinheit 16 eine Information empfängt, die angibt, dass das Kühlmittel eine niedrigere Temperatur aufweist als eine annehmbare Mindesttemperatur, muss die gesamte Kühlmittelströmung zu der Kühlerumgehungsleitung 9 geleitet werden. Um die gesamte Kühlmittelströmung zu der Kühlerumgehungsleitung 9 zu leiten, muss sich der Thermostatkörper 15 in der ersten Endposition befinden. Falls sich das Thermostatventil 8 nicht bereits in der ersten Endposition befindet, aktiviert die Steuereinheit 16 den Elektromagneten S_A, so dass er das Ventilelement 15 in die erste Ventilposition bewegt, die in 5a gezeigt ist. In dieser Position leitet das Ventilelement 15 das unter Druck stehende Öl von dem Öleinlass 20a zu der ersten Ölleitung 26a und den ersten Teilen 25a der Kammern 25. Gleichzeitig verbindet das Ventilelement 15 die zweite Ölleitung 26b mit der Ölrückleitung 20b, so dass das Öl in den beiden Teilen 25b die Kammern 25 über die zweite Ölleitung 26b und die Ölrückleitung 20b verlassen kann. Das zugeführte unter Druck stehende Öl in den ersten Teilen 25a der Kammern 25 wirkt auf die bewegbaren Stellgliedelemente 14b derart ein, dass sie eine Drehbewegung der Welle 8e und des Thermostatkörpers 8 in einer ersten Bewegungsrichtung in Richtung auf die erste Endposition bereitstellen.
Sobald die Steuereinheit 16 eine Information von dem Positionssensor 17 empfängt, die angibt, dass der Thermostatkörper 8 die erste Endposition erreicht hat, aktiviert sie den Elektromagneten S_B, der das Ventilelement 15 in die Blockierposition bewegt. In der Blockierposition leitet das Ventilelement 15 das unter Druck stehende Öl von der Einlassleitung 20a zur Ölrückleitung 20b und zurück zu der normalen Ölanlage 19. Ferner verhindert das Ventilelement 15, dass Öl die ersten Teile 25a und die zweiten Teile der Kammern 25 verlässt. Folglich werden das Stellgliedelement 14b und das Thermostatventil 8 in der ersten Endposition gehalten, in welcher der Thermostatkörper die gesamte Kühlmittelströmung von der Motorauslassleitung 5 zu der Kühlerumgehungsleitung 9 leitet. In diesem Fall wird das Kühlmittel gar nicht gekühlt, und die Temperatur des Kühlmittels erhöht sich.
Wenn die Steuereinheit 16 von dem Temperatursensor 18 eine Information empfängt, die angibt, dass das Kühlmittel eine Temperatur in einem gewünschten Temperaturbereich erreicht hat, ist es zweckmäßig, für das Kühlmittel eine gewisse Kühlung bereitzustellen. Die Steuereinheit 16 bestimmt eine geeignete Verteilung des Kühlmittels zwischen der Kühlerumgehungsleitung 9 und der Kühlereinlassleitung 10, an denen die Temperatur des Kühlmittels in dem gewünschten Temperaturbereich gehalten wird. Anschließend schätzt die Steuereinheit 16 eine Drehposition des Thermostatkörpers 8, in der sie die bestimmte Verteilung bereitstellt. Die Steuereinheit 16 kann diese Schätzung auf der tatsächlichen Kühlmitteltemperatur basieren. Die Steuereinheit kann diese Schätzung auch auf weiteren Parametern basieren, wie etwa der Geschwindigkeit der Temperaturänderung des Kühlmittels und einer Information von einer GPS-Einheit über die Topographie der vorausliegenden Straße. Um den Thermostatkörper 8 von der ersten Endposition in die bestimmte Drehposition zu bewegen, deaktiviert die Steuereinheit 16 die Elektromagnete S_A, S_B, so dass das Ventilelement 15 durch die Federn der Elektromagnete S_A, S_B in die zweite Ventilposition bewegt wird. In der zweiten Ventilposition leitet das Ventilelement 15 das unter Druck stehende Öl von dem Öleinlass 20a zu der zweiten Ölleitung 26b und den zweiten Teilen 25b der Kammern 25. Ferner verbindet das Ventilelement 15 die erste Ölleitung 26a mit der Ölrückleitung 20b, so dass das Öl in den ersten Teilen 25a die Kammern 25 über die erste Ölleitung 26a und die Ölrückleitung 20b verlassen kann. Die erhöhte Menge des unter Druck stehenden Öls in den zweiten Teilen 25b stellt eine Bewegung des bewegbaren Stellgliedelements 14b bereit, die zu einer Drehbewegung der Welle 8e und des Thermostatkörpers 8 von der ersten Endposition in Richtung auf die zweite Endposition führt. Sobald die Steuereinheit 16 von dem Positionssensor 17 eine Information empfängt, die angibt, dass der Thermostatkörper 8, die geschätzte Drehposition erreicht hat, deaktiviert die Steuereinheit 16 den Elektromagneten S_B, so dass der Ventilkörper 15 in die Blockierposition bewegt wird und die Drehbewegung des Thermostatkörpers 8 in der geschätzten Drehposition angehalten wird. Anschließend wird der zuvor erwähnte Anpassungsprozess des Thermostatkörpers 8 häufig wiederholt, um die Temperatur des Kühlmittels in dem gewünschten Temperaturbereich zu halten.
Falls die Steuereinheit 16 von dem Temperatursensor 18 eine Information empfängt, die angibt, dass die Temperatur des Kühlmittels in der Motorauslassleitung 5 höher als eine annehmbare Höchsttemperatur ist, muss die gesamte Kühlmittelströmung zu dem Kühler 11 geleitet werden. In diesem Fall deaktiviert die Steuereinheit 16 die Elektromagnete S_A, S_B, so dass die Federn der Elektromagnete S_A, S_B das Ventilelement 15 in die zweite Ventilposition bewegen. In der zweiten Ventilposition leitet das Ventilelement 15 das unter Druck stehende Öl von dem Öleinlass 20a über die zweite Ölleitung 26b zu den zweiten Kammerteilen 25b. Ferner verbindet das Ventilelement 15 die erste Ölleitung 26a mit der Ölrückleitung 20b, so dass das Öl in den ersten Teilen 25a die Kammern 25 über die erste Ölleitung 26b und die Ölrückleitung 20b verlassen kann. Die Zufuhr des unter Druck stehenden Öls zu den zweiten Kammerteilen 25b führt zu einer Bewegung des Stellgliedelements 14b und einer Drehbewegung der Welle 8e und des Thermostatkörpers 8 in Richtung auf die zweite Endposition. Sobald die Steuereinheit 16 von dem Positionssensor 17 eine Information empfängt, die angibt, dass der Thermostatkörper 8 die zweite Endposition erreicht hat, aktiviert sie den Elektromagneten S_B. Der Elektromagnet S_B bewegt das Ventilelement 15 in die Blockierposition. Das Thermostatventil 8 wird in der zweiten Endposition gehalten, bis sich die Temperatur des Kühlmittels auf eine Temperatur in dem gewünschten Temperaturbereich verringert hat.
Falls ein Fehler an einem der Elektromagnete S_A, S_B vorkommt, bewegen die Federn des Elektromagneten S_A, S_B das Ventilelement 15 in die zweite Ventilposition, in welcher der Thermostatkörper 8 die gesamte Kühlmittelströmung zu dem Kühler leitet 11. Eine derartige Bauform des Ventilelements 15 stellt sicher, dass der Verbrennungsmotor 2 unter diesen Bedingungen nicht überhitzt wird.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform eingeschränkt, sondern kann im Umfang der Ansprüche frei variiert werden. Die Anzahl der Kammern 25, die mit bewegbar angeordneten Stellgliedelementen 14b versehen sind, kann beispielsweise variieren. Ferner kann das Ventilelement 15 unterschiedlich ausgelegt sein und die Form der Auslassöffnungen 8b, 8c des Thermostatkörpers 8 kann unterschiedlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Verbrennungsmotor
3: Kühlmittelpumpe
4: Motoreinlassleitung
5: Motorauslassleitung
6: Retarder-Kühlgerät
7: Gehäuse
7a: Einlassstutzen
7b: erster Auslassstutzen
7c: zweiter Auslassstutzen
8: Thermostatkörper
8a: Einlassöffnung
8b: erste Auslassöffnung
8c: zweite Auslassöffnung
8d: Innenraum
8e: Welle
9: Kühlerumgehungsleitung
10: Kühlereinlassleitung
11: Kühler
12: Kühlergebläse
13: Rückleitung
14: Stellglied
14a: Stellgliedkörper
14b: Stellgliedelement
15: Ventilelement
16: Steuereinheit
17: Positionssensor
18: Temperatursensor
19: Ölanlage
20: Thermostatkreislauf
20a: Einlassleitung
20b: Rückleitung
21: Ölpumpe
22: Drehachse
23: Lager
24: Dichtungselemente
25: Kammer
25a: erster Kammerteil
25b: zweiter Kammerteil
26a: erste Ölleitung
26b: zweite Ölleitung
SA,SB: Elektromagnete

Claims

Thermostatvorrichtung für eine Kühlanlage, wobei die Thermostatvorrichtung einen bewegbar angeordneten Thermostatkörper (8), der konfiguriert ist, um Kühlmittel zwischen einer Kühlerumgehungsleitung (9) und einem Kühler (11) zu verteilen, ein Stellglied (14), das ein bewegbar angeordnetes Stellgliedelement (14b) umfasst, das konfiguriert ist, um Bewegungen auf den Thermostatkörper (8) zu übertragen, ein Ventilelement (15), das konfiguriert ist, um die Zufuhr eines unter Druck stehenden Fluids zu dem Stellglied (14) zu steuern, und eine Steuereinheit (16), die konfiguriert ist, um das Ventilelement (15) derart zu steuern, dass das Stellglied (14) eine Bewegung des Thermostatkörpers (8) in eine Position bereitstellt, in der er das Kühlmittel zwischen der Kühlerumgehungsleitung (9) und dem Kühler (11) auf eine gewünschte Art und Weise verteilt, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (14) mindestens eine Kammer (25), die durch das Stellgliedelement (14b) in einen ersten Kammerteil (25a) und einen zweiten Kammerteil (25b) unterteilt wird, umfasst, und dass das Ventilelement (15) in eine erste Ventilposition bewegbar angeordnet ist, in der es ein unter Druck stehendes Fluid von einer getrennten Fluidanlage zu dem ersten Kammerteil (25a) leitet und gleichzeitig die Entleerung von Fluid aus dem zweiten Kammerteil (25b) zulässt, so dass das Stellgliedelement (14b) eine Bewegung erzielt, die zu einer Bewegung des Thermostatkörpers (8) in einer ersten Bewegungsrichtung und in eine zweite Ventilposition, in der es unter Druck stehendes Fluid von der getrennten Fluidanlage zu dem zweiten Kammerteil (25b) leitet und gleichzeitig die Entleerung von Fluid aus dem ersten Kammerteil (25a) zulässt, führt, so dass das Stellgliedelement (14b) eine Bewegung erzielt, die zu einer Bewegung des Thermostatkörpers (8) in einer zweiten entgegengesetzten Bewegungsrichtung führt, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (14) mindestens zwei Kammern (25) umfasst, die jeweils mit einem bewegbar angeordneten Stellgliedelement (14b) versehen sind, das an einer drehbaren Welle (8e) des Thermostatkörpers (8) fest angeordnet ist.
Thermostatvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (15) in eine Blockierposition bewegbar angeordnet ist, in der es eine Entleerung des Fluids aus dem ersten Kammerteil (25a) sowie des Fluids aus dem zweiten Kammerteil (25b) verhindert, so dass der Thermostatkörper (8) in einer festgelegten Position gehalten wird.
Thermostatvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (15) mit einer Rückleitung (20b) verbunden ist, die entleertes Fluid aus den jeweiligen Kammerteilen (25a, 25b) zurück zu der getrennten Fluidanlage leitet.
Thermostatvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellgliedelement (14b) konfiguriert ist, um eine Bewegung zu erzielen, die zu einer Drehbewegung des Thermostatkörpers (8) führt.
Thermostatvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (15) mindestens einen Elektromagneten (S_A, S_B) umfasst, der konfiguriert ist, um die Bewegung des Ventilelements (15) in verschiedene Ventilpositionen bereitzustellen.
Thermostatvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (15) zwei Elektromagnete (S_A, S_B) umfasst, die konfiguriert sind, um das Ventilelement (15) in zwei verschiedene Ventilpositionen zu bewegen, und dass die Federn des Elektromagneten (S_A, S_B) konfiguriert sind, um das Ventilelement (15) in eine weitere Ventilposition zu bewegen.
Thermostatvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (16) konfiguriert ist, um die Positionierung des Thermostatkörpers (8) anhand einer Information von einem Sensor (18), der einen Parameter bezüglich des Kühlbedarfs des Kühlmittels in dem Kühlkreislauf erfasst, zu steuern.
Thermostatvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (16) konfiguriert ist, um auf gespeicherte Informationen über eine geeignete Position für den Thermostatkörper (8) als Funktion des Parameters Zugriff zu haben.
Thermostatvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (16) konfiguriert ist, um die Positionierung des Thermostatkörpers (8) anhand einer Information von einem Positionssensor (17), der die tatsächliche Position des Thermostatkörpers (8) erfasst, zu steuern.
Thermostatvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermostatkörper (8) in einem Positionsbereich bewegbar angeordnet ist, der durch eine erste Endposition, in welcher der Thermostatkörper (8) die gesamte Kühlmittelströmung zu der Kühlerumgehungsleitung (9) leitet, und eine zweite Endposition, in welcher der Thermostatkörper (8) die gesamte Kühlmittelströmung zu dem Kühler (11) leitet, definiert ist.
Thermostatvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermostatkörper (8) in verschiedene Positionen in dem Positionsbereich stufenlos bewegbar angeordnet ist.
Thermostatvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die getrennte Fluidanlage eine Ölanlage (19) ist, die den Verbrennungsmotor (2) schmiert.
Thermostatvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (15) ausgelegt ist, um Öl von der Ölanlage (19) in einer Position stromabwärts von einer Ölpumpe (21) zu empfangen, die Öl in der Ölanlage (19) umwälzt.
Thermostatvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermostatkörper (8) in einem Gehäuse (7) bewegbar angeordnet ist, das einen Einlassstutzen (7a), der Kühlmittel aufnimmt, einen ersten Auslassstutzen (7b), der Kühlmittel zu der Kühlerumgehungsleitung (9) leitet, und einen zweiten Auslassstutzen (7c), der Kühlmittel zu dem Kühler (11) leitet, umfasst, und dass der Thermostatkörper (8) eine erste Einlassöffnung (8a), eine erste Auslassöffnung (8b), die mit Bezug auf den ersten Auslassstutzen (7b) bewegbar angeordnet ist, und eine zweite Auslassöffnung (8c), die mit Bezug auf den zweiten Auslassstutzen (7c) bewegbar angeordnet ist, umfasst, so dass Kühlmittelströmungen zu der Kühlerumgehungsleitung (9) und dem Kühler (11) mit den Positionen der Auslassöffnungen (8b, 8c) des Thermostatkörpers (8) in Bezug auf die entsprechenden Auslassstutzen (7b, 7c) des Gehäuses (7) zusammenhängen.
Kühlanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlanlage eine Thermostatvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14 umfasst.
Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug eine Kühlanlage nach Anspruch 15 umfasst.