DE102019130314A1

DE102019130314A1 - Thermostat für ein Verbrennungsmotor-Kühlsystem

Info

Publication number: DE102019130314A1
Application number: DE102019130314.1A
Authority: DE
Inventors: Hyo-Jo Lee
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2020-06-18
Also published as: US10794263B2; KR20200071439A; US20200182128A1

Abstract

Thermostat für ein Verbrennungsmotor-Kühlsystem, aufweisend ein Gehäuse (110), das einen kühlerseitigen Zuströmeinlass (112) zum Aufnehmen von Kühlmittel, das von einem Kühler strömt, einen bypassseitigen Zuströmeinlass (113) zum Aufnehmen des Kühlmittels, das einen Verbrennungsmotor umgeht, und einen Kühlmittel-Abströmauslass (111) zum Abführen des Kühlmittels zu dem Verbrennungsmotor aufweist, eine Wachskammer, die in dem Gehäuse (110) angeordnet ist, und ein Hauptventil (131), das in dem Gehäuse (110) vorgesehen ist und durch eine Änderung des Volumens von Wachs (120), das in der Wachskammer enthalten ist, in einer ersten Richtung zu öffnen ist und in einer zweiten Richtung, welche entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist, zu schließen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Thermostat zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor-Kühlsystem eines Fahrzeuges.
Bei Fahrzeugen wird ein Thermostat in einem Verbrennungsmotor-Kühlsystem zur Steuerung der Kühlmittelströmung basierend auf der Temperatur des Kühlmittels verwendet. In einer Realisierung steuert der Thermostat eine Bypass-Strömungsrate und eine Kühler-Strömungsrate, die in dem Verbrennungsmotorsystem zirkulieren. Mechanische Thermostate oder elektrische Thermostate können verwendet werden. Jedoch können mechanische Thermostate keine variable Steuerung durchführen, welche die Verbrennungsmotorbedingungen und die Umgebungsfaktoren berücksichtigt. Andererseits können elektronische Thermostate eine Strömungsrate von Kühlmittel durch Einstellen des Öffnens oder des Schließens davon in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors und den Umgebungsfaktoren steuern. Die KR 10-1371492 B1 offenbart die bezogenen Techniken.
Mit der Erfindung wird ein Thermostat für ein Verbrennungsmotor-Kühlsystem geschaffen, welcher ein Kühlmittel problemlos zirkulieren kann, indem verhindert wird, dass ein Ventil durch einen Differenzdruck geöffnet wird, selbst wenn es an einer Verbrennungsmotor-Einlassseite verwendet wird, wobei der Thermostat in einem Verbrennungsmotor-Kühlsystem eines Fahrzeuges verwendet wird und basierend auf einer Kühlmitteltemperatur geöffnet oder geschlossen wird.
Ein Thermostat für ein Verbrennungsmotor-Kühlsystem nach einem Aspekt der Erfindung weist ein Gehäuse, das einen kühlerseitigen Zuströmeinlass zum Einströmen von Kühlmittel von einer Kühlerseite, einen bypassseitigen Zuströmeinlass zum Einströmen des Kühlmittels, das einen Verbrennungsmotor umgeht, und einen Kühlmittel-Abströmauslass zum Ausströmen des Kühlmittels zu der Verbrennungsmotorseite aufweist, und ein Hauptventil auf, das in dem Gehäuse vorgesehen ist, um den kühlerseitigen Zuströmeinlass durch eine Änderung des Volumens eines Wachses zu öffnen und zu schließen, wobei die Richtung, in welcher das über den kühlerseitigen Zuströmeinlass einströmende Kühlmittel das Hauptventil drückt, und die Richtung, in welcher das Hauptventil zum Öffnen betätigt wird, entgegengesetzt zueinander sind.
Hierin ist das Hauptventil in einem Zustand, in dem das Wachs im Volumen nicht geändert wurde, in einem Zustand des Schließens des kühlerseitigen Zuströmeinlasses.
Spezieller kann der Thermostat für das Verbrennungsmotor-Kühlsystem ferner einen ersten Kolben, der mit dem Wachs gekuppelt ist, um sich durch die Änderung in dem Volumen des Wachses zu bewegen, und mit einer Fläche des Hauptventils gekuppelt ist, und eine Hauptventilfeder aufweisen, die eine Seite hat, welche die andere Fläche des Hauptventils federnd abstützt, um eine federnde Rückstellkraft darauf in einer Richtung parallel zu der Bewegungsrichtung des ersten Kolbens auszuüben.
Darüber hinaus ist die andere Seite der Hauptventilfeder mit der Gehäuseseite gekuppelt.
Außerdem kann der Thermostat für das Verbrennungsmotor-Kühlsystem ferner ein Bypassventil aufweisen, das in dem Gehäuse vorgesehen ist, um den bypassseitigen Zuströmeinlass durch die Änderung in dem Volumen des Wachses zu öffnen und zu schließen.
Hierin sind die Richtung, in welcher das über das Bypassventil einströmende Kühlmittel das Bypassventil drückt, und die Richtung, in welcher das Bypassventil zum Schließen betätigt wird, entgegengesetzt zueinander.
Darüber hinaus ist das Bypassventil in einem Zustand, in dem das Wachs im Volumen nicht geändert wurde, in einem Zustand des Öffnens des bypassseitigen Zuströmeinlasses.
Außerdem kann der Thermostat für das Verbrennungsmotor-Kühlsystem einen zweiten Kolben, der mit dem Wachs gekuppelt ist, um sich durch eine Änderung in dem Volumen des Wachses zu bewegen, und mit einer Fläche des Bypassventils gekuppelt ist, und eine Bypassventilfeder aufweisen, die mit einer Fläche des Bypassventils gekuppelt ist, um eine federnde Rückstellkraft in Richtung zu der Wachsseite auf das Bypassventil auszuüben.
Der Thermostat gemäß der Erfindung wird durch den Differenzdruck des Kühlmittels nicht geöffnet, selbst wenn er an der Verbrennungsmotor-Einlassseite in dem Verbrennungsmotor-Kühlsystem verwendet wird.
Daher ist es nicht erforderlich, die Größe der Bypassöffnung oder die Strömungsrate zu erhöhen, wodurch das Kühlmittel problemlos zugeführt wird.
Außerdem wird der Thermostat nur von der Kühlmitteltemperatur beeinflusst, ohne von dem Verbrennungsmotorbetrieb und der äußeren Umgebung beeinflusst zu werden, wodurch die Zuverlässigkeit und die Haltbarkeit weiter verbessert werden.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 ein Diagramm, das ein Verbrennungsmotor-Kühlsystem des Auslasssteuerungstyps schematisch darstellt;
2 ein Diagramm, das einen in 1 verwendeten Thermostat schematisch darstellt;
3 ein Diagramm, das ein Verbrennungsmotor-Kühlsystem des Einlasssteuerungstyps schematisch darstellt;
4 ein Diagramm, das ein Ergebnis der Auswertung eines Differenzdruckes des Thermostats darstellt; und
5 ein Diagramm, das die Querschnittsform des Thermostats für das Verbrennungsmotor-Kühlsystem gemäß der Erfindung schematisch darstellt.

In einer Ausführung eines in 1 gezeigten Verbrennungsmotor-Kühlsystems wird ein Thermostat 10 bei dem Verbrennungsmotor-Kühlsystem verwendet und basierend auf einer gesetzten Kühlmitteltemperatur derart gesteuert, dass es geöffnet oder geschlossen werden kann. Der Thermostat steuert eine Bypass-Strömungsrate und eine Kühler-Strömungsrate, die in dem Verbrennungsmotor zirkuliert.
Ein mechanischer Thermostat unter den Thermostaten kann keine variable Steuerung durchführen, welche die Verbrennungsmotorbedingungen und die Umgebungsfaktoren berücksichtigt. Ein elektronischer Thermostat oder ein elektrischer Thermostat kann eine Strömungsrate von Kühlmittel durch Einstellen des Öffnens oder des Schließens davon in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors und den Umgebungsfaktoren steuern.
In einer Ausführung steuert der elektronische Thermostat eine Kühlmitteltemperatur, so dass es kein Problem bei der Haltbarkeit des Verbrennungsmotors bei einer Hochlastbedingung gibt, und steuert das Kühlmittel mit einer hohen Temperatur unter Berücksichtigung der Kraftstoffeffizienz und der Leistungsverbesserung des Verbrennungsmotors in einem Niedriglastbereich.
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines mechanischen Thermostats 10 zeigt, welcher das Kühlmittel steuert, das von einem Kühlmittelzuströmeinlass zu einer Bypassleitung 12 oder einer Kühlerseite 13 strömt, eine Passage der Kühlerseite 13 durch ein Hauptventil 31, das an einem Halter 14 abgestützt ist, basierend auf einer Änderung des Volumens eines Wachses 20 in Abhängigkeit von einer Temperatur öffnet und schließt, und die Bypassleitung 12 durch ein Bypassventil 32 öffnet und schließt. Jedoch kann ein solcher mechanischer Thermostat imstande sein, nur die Bypass-Strömungsrate und die Kühler-Strömungsrate zu steuern.
1 ist ein Diagramm, das ein Kühlsystem des Auslasssteuerungstyps zeigt, bei welchem ein Thermostat an einer Verbrennungsmotor-Auslassseite montiert ist, und 3 ist ein Diagramm, das ein Kühlsystem des Einlasssteuerungstyps zeigt, bei welchem ein Thermostat an einer Verbrennungsmotor-Einlassseite montiert ist.
Da die Strömung von Kühlmittel in Abhängigkeit von einer Differenz in diesen Kühlungstypen unterschiedlich ist, wird der auf den Thermostat ausgeübte Druck geändert.
Der Auslasssteuerungstyp in 1 hat eine Struktur, bei welcher ein Ventil durch den Druck in Abhängigkeit von der Strömung des Kühlmittels nicht geöffnet werden kann, jedoch öffnet der Einlasssteuerungstyp in 3 den Thermostat, wenn der Druck (Differenzdruck) groß ist. In 4 ist ersichtlich, dass der Thermostat durch den Differenzdruck des Kühlmittels geöffnet wird. Zum Beispiel wird in dem Bereich von 3.500 U/min oder mehr die Kühlerströmungsrate basierend auf einer Erhöhung des Differenzdruckes (1,4 bar oder mehr) des Thermostats erzeugt, wodurch ein Heizleistungsfehler verursacht wird.
Daher kann es, um das zuvor genannte Problem zu verhindern oder zu umgehen, erforderlich sein, die Bypass-Strömungsrate zu erhöhen, um den Druck abzubauen, jedoch tritt infolgedessen, wenn die Bypass-Strömungsrate erhöht wird, eine Aufwärmverzögerung auf, und die Strömungsrate, die zu einer Heizung, einem Ölkühler, einem EGR-Kühler usw. strömt, ist gering.
5 ist ein Diagramm, das die Querschnittsform des Thermostats für das Verbrennungsmotor-Kühlsystem gemäß der Erfindung schematisch darstellt. Nachfolgend wird mit Bezug auf 5 der Thermostat für das Verbrennungsmotor-Kühlsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Der Thermostat für das Verbrennungsmotor-Kühlsystem gemäß der Erfindung ist ein Thermostat, der bei einem Verbrennungsmotor-Kühlsystem des Einlasssteuerungstyps in 3 verwendet wird.
In einer Ausführungsform ist der Thermostat für das Verbrennungsmotor-Kühlsystem an dem vorderen Ende eines Verbrennungsmotors oder einer Wasserpumpe für das Verbrennungsmotor-Kühlsystem vorgesehen, um die Richtung und die Strömungsrate des Kühlmittels basierend auf einer Kühlmitteltemperatur zu steuern, und verhindert oder unterdrückt, dass ein Ventil durch einen Differenzdruck des Kühlmittels geöffnet wird, selbst wenn es im Gegensatz zu einem typischen Thermostat an dem vorderen Ende des Verbrennungsmotors vorgesehen ist.
Zu diesem Zweck steuert der Thermostat den Durchgang und die Strömungsrate des Kühlmittels durch Antreiben eines Hauptventils 131 und eines Bypassventils 132, die an einem Halter 160 abgestützt sind, durch eine Änderung des Volumens eines Wachses 120 in einem Gehäuse 110.
Ein kühlerseitiger Zuströmeinlass 112, ein bypassseitiger Zuströmeinlass 113 und ein Kühlmittel-Abströmauslass 111 sind in dem Gehäuse 110 ausgebildet.
Das erwärmte Kühlmittel wird in dem Kühler gekühlt und strömt über den kühlerseitigen Zuströmeinlass 112 ein, das Kühlmittel strömt wieder von dem Verbrennungsmotorauslass über eine Bypassleitung separat von der Kühlerseite über den bypassseitigen Zuströmeinlass 113 ein, und der Kühlmittel-Abströmauslass 111 ist eine Leitung, über welche das Kühlmittel zu einer Wasserpumpenseite ausströmt.
Das Hauptventil 131 ist derart angeordnet, dass es den kühlerseitigen Zuströmeinlass 112 öffnet und schließt, und wird durch einen ersten Kolben 141, der sich zusammen mit dem Wachs 120 durch die Änderung des Volumens des Wachses 120 in dem Halter 160 bewegt, vertikal betrieben oder bewegt, um den kühlerseitigen Zuströmeinlass 112 zu öffnen und zu schließen.
In Ausführungsformen ist eine Platte 154 an der Oberseite des Gehäuses 110 vorgesehen, eine Hauptventilfeder 151 stützt sich zwischen der Platte 154 und der Oberseite des Hauptventils 131 federnd ab, und der Umfang der Hauptventilfeder 151 ist an einer Hauptventilfederführung 153 abgestützt, die sich von der Platte 154 nach unten erstreckt.
Wie in 5 gezeigt, ist das Hauptventil 131 in einem Zustand, in dem es keine Änderung des Volumens des Wachses 120 gibt, da die Kühlmitteltemperatur kein bestimmter Wert oder mehr ist, in einem Zustand des Abdeckens des Halters 160, wodurch der Durchgang von dem kühlerseitigen Zuströmeinlass 112 zu dem Kühlmittel-Abströmauslass 111 geschlossen ist.
Andererseits ist, wenn das Volumen des Wachses 120 geändert wird und das Hauptventil 131 zusammen mit dem ersten Kolben 141 ansteigt, der Durchgang von dem kühlerseitigen Zuströmeinlass 112 zu dem Kühlmittel-Abströmauslass 111 geöffnet.
Als nächstes ist das Bypassventil 132 derart angeordnet, dass es den bypassseitigen Zuströmeinlass 113 öffnet und schließt, und wird durch einen zweiten Kolben 142, der sich zusammen mit dem Wachs 120 durch die Änderung des Volumens des Wachses 120 in dem Halter 160 bewegt, vertikal betrieben oder bewegt, um den bypassseitigen Zuströmeinlass 113 zu öffnen und zu schließen.
In Ausführungsformen stützt sich eine Bypassventilfeder 152 zwischen der einen Seite des Bypassventils 132 und der Unterseite des Halters 160 federnd ab.
Wie in 5 gezeigt, ist das Bypassventil 132 in einem Zustand des Öffnens des bypassseitigen Zuströmeinlasses 113, wenn es keine Änderung des Volumens des Wachses 120 gibt, da die Kühlmitteltemperatur kein bestimmter Wert oder mehr ist. Wenn das Volumen des Wachses 120 geändert wird, während sich die Kühlmitteltemperatur erhöht, senkt sich das Bypassventil 132 zusammen mit dem zweiten Kolben 142, wodurch der bypassseitige Zuströmeinlass 113 geschlossen wird.
Wie oben beschrieben, hat der Thermostat gemäß der Erfindung eine Struktur, bei welcher das Hauptventil 131 den kühlerseitigen Zuströmeinlass 112 durch den Differenzdruck dazwischen nicht öffnet, selbst wenn der Druck des in den kühlerseitigen Zuströmeinlass 112 strömenden Kühlmittels groß ist.
In einer Ausführungsform, die in 5 gezeigt ist, sind die Richtung, in welcher das Kühlmittel über den kühlerseitigen Zuströmeinlass 112 einströmt, um einen Druck auf das Hauptventil 131 auszuüben, und die Richtung, in welcher das Hauptventil 131 zum Öffnen betätigt wird, entgegengesetzt zueinander.
Die oben beschriebene Vertikalrichtung, die Oberseite und die Unterseite sind zur Vereinfachung definiert, und die Auf- und Abwärtsrichtung des Kühlsystems können von den oben beschriebenen abweichen.
Wie oben beschrieben, öffnet ein Thermostat gemäß Ausführungsformen der Erfindung das Ventil nur in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur, wodurch verhindert oder unterdrückt wird, dass der Thermostat durch den Differenzdruck des Kühlmittels in den Niedrigtemperatur- und Hochdrehzahlbereichen geöffnet wird.
Daher ist es für kaltes Kühlmittel möglich, den Verbrennungsmotor zu zirkulieren, wodurch verhindert wird, dass sich die Heizleistung verschlechtert oder das Aufwärmen verzögert wird, so dass eine Reduzierung der Leistung usw. vermieden wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 101371492 B1 [0002]

Claims

Thermostat für ein Verbrennungsmotor-Kühlsystem, aufweisend: ein Gehäuse (110), das einen kühlerseitigen Zuströmeinlass (112) zum Aufnehmen von Kühlmittel, das von einem Kühler strömt, einen bypassseitigen Zuströmeinlass (113) zum Aufnehmen des Kühlmittels, das einen Verbrennungsmotor umgeht, und einen Kühlmittel-Abströmauslass (111) zum Abführen des Kühlmittels zu dem Verbrennungsmotor aufweist; eine Wachskammer, die in dem Gehäuse (110) angeordnet ist; und ein Hauptventil (131), das in dem Gehäuse (110) vorgesehen ist, wobei das Hauptventil (131) derart konfiguriert ist, dass es zu öffnen ist, um zu ermöglichen, dass das über den kühlerseitigen Zuströmeinlass (112) aufgenommene Kühlmittel zu dem Kühlmittel-Abströmauslass (111) strömt, und ferner derart konfiguriert ist, dass es zu schließen ist, um zu verhindern, dass das Kühlmittel von dem kühlerseitigen Zuströmeinlass (112) zu dem Kühlmittel-Abströmauslass (111) strömt, wobei das Hauptventil (131) derart konfiguriert ist, dass es durch eine Änderung des Volumens von Wachs (120), das in der Wachskammer enthalten ist, zu öffnen und zu schließen ist, wobei das Hauptventil (131) derart konfiguriert ist, dass es sich in einer ersten Richtung derart bewegt, dass es zu öffnen ist, um zu ermöglichen, dass das über den kühlerseitigen Zuströmeinlass (112) aufgenommene Kühlmittel über den Kühlmittel-Abströmauslass (111) ausströmt, und das Kühlmittel von dem kühlerseitigen Zuströmeinlass (112) derart konfiguriert ist, dass es das Hauptventil (131) in einer zweiten Richtung drückt, welche entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist.
Thermostat nach Anspruch 1, wobei das Hauptventil (131) derart konfiguriert ist, dass es geschlossen bleibt, wenn das Wachs (120) im Volumen nicht geändert wurde.
Thermostat nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend: einen ersten Kolben (141), der mit dem Hauptventil (131) gekuppelt ist und derart konfiguriert ist, dass er sich in der ersten Richtung bewegt, wenn sich das Volumen des Wachses (120) erhöht; und eine Hauptventilfeder (151), die derart konfiguriert ist, dass sie das Hauptventil (131) in der zweiten Richtung federnd drückt.
Thermostat nach Anspruch 3, wobei die Hauptventilfeder (151) an einer Wand des Gehäuses (110) abgestützt ist.
Thermostat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend ein Bypassventil (132), das in dem Gehäuse (110) vorgesehen ist, wobei das Bypassventil (132) derart konfiguriert ist, dass es zu öffnen ist, um zu ermöglichen, dass das über den bypassseitigen Zuströmeinlass (113) aufgenommene Kühlmittel zu dem Kühlmittel-Abströmauslass (111) strömt, und ferner derart konfiguriert ist, dass es zu schließen ist, um zu verhindern, dass das Kühlmittel von dem bypassseitigen Zuströmeinlass (113) zu dem Kühlmittel-Abströmauslass (111) strömt, wobei das Bypassventil (132) derart konfiguriert ist, dass es durch die Änderung des Volumens des Wachses (120), das in der Wachskammer enthalten ist, zu öffnen und zu schließen ist.
Thermostat nach Anspruch 5, wobei das Bypassventil (132) derart konfiguriert ist, dass es sich in einer dritten Richtung derart bewegt, dass es zu schließen ist, um zu verhindern, dass das über den bypassseitigen Zuströmeinlass (113) aufgenommene Kühlmittel über den Kühlmittel-Abströmauslass (111) ausströmt, und das Kühlmittel von dem bypassseitigen Zuströmeinlass (113) derart konfiguriert ist, dass es das Bypassventil (132) in einer vierten Richtung drückt, welche entgegengesetzt zu der dritten Richtung ist.
Thermostat nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Bypassventil (132) derart konfiguriert ist, dass es offen bleibt, wenn das Wachs (1209 im Volumen nicht geändert wurde.
Thermostat nach einem der Ansprüche 5 bis 7, ferner aufweisend: einen zweiten Kolben (142), der mit dem Bypassventil (132) gekuppelt ist und derart konfiguriert ist, dass er sich in der dritten Richtung bewegt, wenn sich das Volumen des Wachses (120) erhöht; und eine Bypassventilfeder (152), die derart konfiguriert ist, dass sie eine Federkraft auf das Bypassventil (132) in der vierten Richtung ausübt.