DE10207036B4

DE10207036B4 - Elektronisch gesteuerter oder geregelter Thermostat

Info

Publication number: DE10207036B4
Application number: DE10207036A
Authority: DE
Inventors: Joseph Fishman; Eli Elkayam
Original assignee: FISHMAN THERMO TECHNOLOGIES Ltd
Current assignee: FISHMAN THERMO TECHNOLOGIES LTD., IL
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2012-01-26
Anticipated expiration: 2022-02-21
Also published as: DE10207036A1; US20020096130A1; US6595165B2

Abstract

Vorrichtung zum Regeln einer Temperatur für einen Motor durch Steuern eines Stroms eines flüssigen Motor-Kühlmittels, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Thermostaten (50), der einen ausfahrbaren Kolben (60) und ein auf Temperatur ansprechendes Ventil (56) aufweist, welches den Strom des flüssigen Kühlmittels zu einem Kühler sperrt oder freigibt, wobei das auf Temperatur ansprechende Ventil (56) auf eine Temperatur des flüssigen Kühlmittels anspricht; einen thermisch aktivierten Betätiger (36, 38, 40), der mit dem Ventil (56) in Wirkverbindung steht, wobei die Wirkverbindung so ausgebildet ist, dass der Betätiger (36, 38, 40) das Ventil (56) unabhängig von dem Kolben (60) positionieren kann, wobei der Betätiger (36, 38, 40) so angeordnet ist, dass er im Gebrauch mindestens teilweise in das Kühlmittel eingetaucht ist, so dass er eine Betätigertemperatur aufweist, die einer Kühlmitteltemperatur nahekommt, wenn der Betätiger (36, 38, 40) nicht thermisch aktiviert ist; und eine Heizeinrichtung (31) in Außenkontakt mit dem thermisch...

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Verbrennungskraftmaschinen oder Motoren mit innerer Verbrennung und betrifft im Besonderen die Kühlsysteme, die dazu verwendet werden, die durch derartige Verbrennungskraftmaschinen oder -motoren erzeugte Wärme zu kontrollieren. Im Einzelnen betrifft die Erfindung Thermostate, die dazu verwendet werden, den Fluss des Kühlmittels zwischen einem Motor und einem Wärmetauscher, so etwa einem Kühler, zu steuern oder zu regeln.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Verwendung von Thermostaten zum Steuern oder Regeln des Kühlmittelumlaufs in Verbrennungskraftmaschinen oder Motoren mit innerer Verbrennung ist bekannt und weitverbreitet. In der Vergangenheit sind die Thermostate als Ventile konzipiert worden, die in das Kühlmittel in zum Beispiel einem Kühlmittelkanal eingetaucht sind. In der gebräuchlichsten Ausführung umfassen die Ventile ein Ventilelement, welches sich über den Kanal erstreckt und gegen einen Ventilsitz anliegt. In der Geschlossen-Stellung wird das Ventil demnach den Kühlmittelfluss – beispielsweise zum Kühler – im Wesentlichen sperren und so das Kühlmittel durch den Motor rezirkulieren und sich schneller aufheizen lassen.
Typisch umfassen derartige Ventile einen geschlossenen Körper, der ein thermisch expandierbares Material enthält, so etwa Wachs. Es ist ein Kolben vorgesehen, der sich bei Ausdehnung des Wachses infolge der höheren Kühlmitteltemperaturen auswärts verschiebt. Der Kolben hebt das Ventil von dem Ventilsitz ab, um so das Kühlmittel durch einen Wärmetauscher, beispielsweise einen Kühler, zirkulieren zu lassen. Dadurch wird die Temperatur des Kühlmittels gesenkt und Wärme von dem Motor abgeführt. Es ist eine Feder vorgesehen, die das Ventil in eine Geschlossen-Stellung drängt, so dass in einem Ruhe- oder abgekühlten Zustand das Ventil geschlossen ist. Beim erstmaligen Anlassen eines Motors wird das Ventil also geschlossen sein, so dass der Motor seine optimale Betriebstemperatur schneller erreichen kann.
Bislang hat man Thermostate so ausgeführt, dass sie dem Motor erlauben, über die Zeit bei einer konstanten optimalen Temperatur zu laufen. Der Thermostat bewerkstelligt dies durch Öffnen eines Ventils in dem Kühlsystem, wenn die Motortemperatur und damit die Temperatur des flüssigen Kühlmittels ansteigen. Das Öffnen des Ventils erlaubt mehr Durchfluss zu einem Wärmetauscher, so etwa zu einem Kühler, wodurch mehr Wärme dissipiert und dadurch wiederum die Motortemperatur gesenkt werden kann. Mit abnehmender Motortemperatur und damit auch abnehmender Kühlmitteltemperatur schließt das Ventil, wodurch die dissipierte Wärmemenge verringert und wieder eine optimale Betriebstemperatur gehalten wird.
Derartige Thermostate nach dem Stand der Technik sind wirksam, einfach und zuverlässig, leiden aber unter einer Reihe von Nachteilen. Ein Nachteil liegt darin, dass der Thermostat den Motorenkonstrukteur im Wesentlichen dazu zwingt, eine einzige optimale Motortemperatur festzulegen. In der Praxis ist es aber bekanntlich so, dass die Motorbetriebstemperatur Einfluss auf die Leistung (Performance) des Motors nimmt. Im Einzelnen erzeugt ein heißer laufender Motor weniger Emissionen, indem er eine vollständigere Verbrennung erlaubt, was wiederum zu einer Kraftstoffverbrauchsverbesserung führt. Ein heißer laufender Motor wird weniger Leistung abgeben, wohingegen ein kühler laufender Motor mehr Leistung abgibt. Eine einzige optimale Motortemperatur ist also immer ein Kompromiss zwischen Leistung und Emission.
Ein weiterer Nachteil ist, dass Thermostate langsam ansprechend sind. Die Kühlmitteltemperaturänderung geht im Wesentlichen allmählich vonstatten, und weil die Änderung der Kühlmitteltemperatur die Bewegung des Kolbens steuert, öffnet sich das Ventil nur langsam. Im Wesentlichen ist es so, dass die Antwort des Thermostats der Anforderung des Motors nachhinkt und so als gedämpftes System wirkt. So kann zum Beispiel der Thermostat im Winter, bei sehr kaltem Motorstart, 12 Minuten zum Ansprechen benötigen und etwa 5 Minuten im Sommer, wenn die Motorstarttemperatur höher ist. Scharfe Änderungen der Motortemperatur, die in Erscheinung treten und dann schnell zurückgehen, kann der Thermostat nicht gut handhaben. Indes können derartige scharfe Änderungen durchaus entstehen, so etwa beim Beschleunigen aus dem Stillstand, beim Beschleunigen zum überholen oder bei Fahrten auf Steigungsstrecken. Es hat deshalb Bestrebungen gegeben, einen Thermostaten zu entwickeln, der auf Anforderung anspricht statt einfach der Kühlmitteltemperatur zu folgen. Selbstverständlich muss der Thermostat weiterhin zuverlässig auf Kühlmitteltemperaturänderungen in der Weise ansprechen, dass ein überhitzen vermieden wird.
Es wurden verschiedene Hebel und Betätigungseinrichtungen vorgeschlagen, um Ventilelemente auf Anforderung öffnen und schließen zu können; diese sind jedoch mit verschiedenen Nachteilen behaftet. Erstens sind sie relativ teuer. Zweitens gehen sie mit komplizierten, bewegten Teilen einher, die mit der Zeit versagen können. Ein Versagen des Systems könnte zu Überhitzung und Ausfall des Motors führen, was nicht hinnehmbar ist. Elektromechanische Systeme sind also für die unter der Motorhaube herrschenden Bedingungen ungeeignet.
Das US-Patent Nr. 4 890 790 und das damit zusammenhängende Patent Nr. 4 961 530 offenbaren eine bessere thermomechanische Lösung mit einem Thermostaten, der ein besseres Ansprechvermögen aufweist als ein Thermostat, der darauf beschränkt ist, allein auf die Kühlmitteltemperatur anzusprechen. Dieses Patent lehrt einen ersten Thermostaten 40, der sich in der üblichen Lage innerhalb eines Kühlmittelkanals befindet, und weiter eine zweite, thermostatähnliche Einrichtung 52 (thermischer Motor genannt), die sich außerhalb des Kanals befindet und gegen den Kanal isoliert ist. Die Einrichtung 52 umfasst das gleiche Element wie ein Thermostat der zuvor beschriebenen Art, nämlich einen geschlossenen Körper, ein thermisch expandierbares Material innerhalb des Körpers und einen Kolben, der in Abhängigkeit von einem Temperaturanstieg in dem thermisch expandierbaren Material ausgefahren werden kann. Anstatt dass die Kühlmitteltemperatur den Grad des Ausfahrens bestimmt, umfasst die Einrichtung 52 aber einen kleinen elektrischen Heizer innerhalb des geschlossenen Körpers, der dazu verwendet werden kann, das ausdehnbare Material zu erwärmen, um so wiederum das Ausfahren eines Kolbens zu bewirken. Die Kolben der Einrichtung 52 und des regulären Thermostats sind koaxial gehalten, so dass, wenn der elektrisch beeinflusste Kolben ausfährt, das Ventil des Thermostats vom Ventilsitz abgehoben wird. Die Patente lehren, dass auf diese Weise das Ventil in Abhängigkeit von Motorparametern wie Last oder dergleichen, die mit anderen Sensoren gemessen werden, geöffnet werden kann und das Kühlmittel zirkulieren gelassen werden kann, bevor sich die Wärme in dem Motor staut. Diese Befähigung, das Öffnen des Ventils zu beeinflussen, soll Kundenbeschwerden über Motorüberhitzung praktisch ausschließen, verbessert den Kraftstoffverbrauch und senkt die Emissionen.
Auch wenn in mancher Hinsicht eine annehmbare Lösung, so ist diese Vorrichtung nach dem Stand der Technik doch immer noch mit zahlreichen Nachteilen behaftet und hat keine weit verbreitete Akzeptanz gefunden. So ist zum Beispiel der thermische Motor 52 vom Kühlmittel isoliert und ragt, etwas exponiert, in den Bereich unter der Motorhaube hinein. Die Lufttemperatur der Umgebung unter der Motorhaube kann, je nach Außentemperatur, in weiten Grenzen variieren und kann zudem recht hoch werden, wenn der Motor stationäre oder Dauerbetriebstemperaturen erreicht, nämlich bis zu ca. 25% höher als die Kühlmitteltemperatur. Ein derart weiter Temperaturbereich für die Betriebsbedingungen des thermisch aktivierten Motors machen eine Vorhersage, wieviel Wärme von dem elektrischen Heizer benötigt wird, um den Motor zu einer Bewegung zu veranlassen, schwierig. Schlimmer noch, die Einrichtung 52 könnte sogar durch die Umgebungstemperatur aktiviert werden, ohne dass sie durch das Motorsteuerungs- oder -regelungssystem kontrolliert würde, was inakzeptabel ist.
Die DE 44 09 547 A1 offenbart ein Thermostatventil mit einem ein Dehnstoffelement enthaltenden Thermostaten, der auf eine Temperatur eines flüssigen Kühlmittels anspricht. Das Thermostatventil verringert mit seinem Ventilteller den Kühlmittelstrom zwischen verschiedenen Anschlussöffnungen des Thermostatventils bei fallender Kühlmitteltemperatur und gibt ihn bei steigender Kühlmitteltemperatur frei. Das Thermostatventil umfasst hierfür einen aus dem Dehnstoffelement ausfahrbaren Kolben, der bei Ausdehnung des Dehnstoffs im Dehnstoffelement den Ventilteller verschiebt und dadurch den Kühlmittelstrom freigibt. Das Thermostatventil umfasst ferner eine Heizeinrichtung als Quelle elektrothermischer Energie, durch welche der Dehnstoff des Dehnstoffelements über die ihm von dem strömenden Kühlmittel gegebene Temperatur hinaus aufgeheizt werden kann, so dass der Kolben weiter ausgefahren wird.
Die DE 38 17 952 A1 offenbart einen Kühlwasserregler für Brennkraftmaschinen, der ein Thermostatventil umfasst, bei welchem zwei Ventilteller gleichzeitig durch das Ausfahren eines Stößels aus einem Gehäuse relativ zum jeweils zugeordneten Ventilsitz verschoben werden. Das Ausfahren des Stößels aus dem Gehäuse wird durch die Ausdehnung eines in dem Gehäuse enthaltenen Dehnstoffs infolge einer Temperaturerhöhung des Kühlmittels verursacht. Endseitig stützt sich der Stößel an einem thermostatisch gesteuerten Betätigungselement ab. Dieses Betätigungselement umfasst einen Stößel, der an dem Stößel des Thermostatventils axial anstößt oder mit dem Stößel des Thermostatventils zu einem einzigen Stößel vereinigt ist. Der Stößel des Betätigungselements ist über einen Kolben mittels eines hydraulischen Fernübertragungselements verschiebbar, wenn sich die Temperatur des Kühlmittels an der Stelle eines Ferntemperaturfühlers erhöht. Die Verschiebung des Stößels des Betätigungselements wirkt additiv zum Ausfahren des Stößels des Thermostatventils auf die Bewegung der Ventilteller ein.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es besteht demnach Bedarf an einem kontrollierbaren Thermostatsystem, welches einerseits leicht von einem Motor-Steuerungs- oder -Regelungssystem gesteuert oder geregelt werden kann, um ein rasches Ansprechen auf kurzzeitige Spitzenlasten zu ermöglichen, dabei aber immer noch sicher und zuverlässig auf Veränderungen der Kühlmitteltemperatur anspricht, um ein Überhitzen zu vermeiden. Das System sollte geeignet ansprechen und nicht zum Beispiel anfällig sein gegenüber Veränderungen in der Betriebsumgebung, die ein unerwünschtes Auslösen der Vorrichtung bewirken könnten. Die Vorrichtung sollte bevorzugt ermöglichen, die Motortemperatur auf Anforderung zu erniedrigen, so dass mehr Leistung abgegeben wird, den Motor aber auch bei hohen Temperaturen laufen lassen, um die Emissionen zu senken. Die Vorrichtung sollte bevorzugt auch rasch ansprechen, um eine Reduzierung der Motortemperatur zum Beispiel innerhalb des Zeithorizonts eines Echtzeit-Motorbelastungsereignisses zu gestatten.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird deshalb eine Vorrichtung zum Regeln einer Temperatur eines Motors durch Steuern eines Stroms eines flüssigen Motorkühlmittels bereitgestellt, wobei die Vorrichtung umfasst:
einen Thermostaten, der einen ausfahrbaren Kolben und ein auf Temperatur ansprechendes Ventil aufweist, um den Strom des flüssigen Kühlmittels zu einem Kühler im Wesentlichen zu sperren und im Wesentlichen freizugeben, wobei das auf Temperatur ansprechende Ventil auf eine Temperatur des flüssigen Kühlmittels anspricht;
einen thermisch aktivierten Betätiger, der mit dem Ventil in Wirkverbindung steht, wobei die Wirkverbindung so ausgebildet ist, dass der Betätiger das Ventil unabhängig von dem Kolben positionieren kann, wobei der Betätiger so angeordnet ist, dass er im Gebrauch mindestens teilweise in das Kühlmittel eingetaucht ist, so dass sich eine Betätigertemperatur ergibt, die einer Kühlmitteltemperatur nahekommt, wenn der Betätiger nicht thermisch aktiviert ist; und
eine Heizeinrichtung in Außenkontakt mit dem thermisch aktivierten Betätiger zum Bereitstellen einer thermischen Aktivierung zum Betätigen des Betätigers, um den Kühlmittelstrom auf Anforderung freizugeben.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Regeln einer Temperatur eines Motors bereitgestellt, wobei die Vorrichtung umfasst:
einen Thermostaten, der ein thermisch gesteuertes Ventil aufweist, welches sich in Abhängigkeit von einer Kühlmitteltemperatur in eine erste Position öffnet, wobei die erste Position einer ersten Kühlmittelflussrate entspricht, die zum Aufrechterhalten einer optimalen Motortemperatur ausreichend ist, wobei das Ventil einen Ventilkörper und einen ausfahrbaren Kolben zum Positionieren des Ventilkörpers umfasst;
einen thermisch gesteuerten Betätiger, der unabhängig von dem ausfahrbaren Kolben auf den Ventilkörper einwirkt, zum Öffnen des Ventils in eine zweite Position, wobei die zweite Position einer zweiten Kühlmittelflussrate entspricht, die dazu ausreicht, es dem Motor zu erlauben, sich auf eine Leistungsabgabetemperatur unterhalb der optimalen Temperatur abzukühlen; und
eine mit dem Betätiger verbundene Außenkontaktheizeinrichtung, wobei die Außenkontaktheizeinrichtung auf Anforderung in Betrieb genommen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Es wird nun auf die zeichnerische Darstellung Bezug genommen, die – rein beispielhaft – bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht; es zeigen:
1 eine querschnittliche Vorderansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, positioniert in einem Kühlmittelkanal und mit dem Ventil in geschlossenem Zustand;
2 ein Schnittbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung von 1 von der Seite gesehen;
3 einen Querschnitt entlang der Linie A-A von 2 in der Draufsichtgesehen;
4 eine querschnittliche Vorderansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, positioniert in einem Kühlmittelkanal und mit dem Ventil in einem ersten Öffnungsmodus;
5 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung von 4 von der Seite gesehen;
6 eine querschnittliche Vorderansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, positioniert in einem Kühlmittelkanal und mit dem Ventil in einem zweiten Öffnungsmodus; und
7 ein Schnittbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung von 6 von der Seite gesehen.
DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Vorrichtung zum Steuern oder Regeln einer Temperatur eines Motors durch Steuern oder Regeln eines Stroms eines flüssigen Motorkühlmittels ist insgesamt mit 10 bezeichnet in 1 dargestellt. Die Vorrichtung umfasst eine Endkappe 12 und einen Hauptkörper 14, der einen Fluidkanal 16 definiert. Der Hauptkörper 14 umfasst einen Befestigungsflansch 18 mit einem Paar einander gegenüberliegender Befestigungsmittelöffnungen 20 zum Montieren der Vorrichtung 10 am Kühlsystem von zum Beispiel einem Fahrzeug. Es ist ein O-Ring 22 vorgesehen, um die Herstellung einer flüssigkeitsdichten Abdichtung zwischen dem Teil 10 und dem übrigen Motorsystem zu ermöglichen. Auch wenn hier eine bestimmte Konfiguration für Endkappen und Hauptkörper gezeigt ist, so ist die Verwendung verschiedener Formen von Fittings selbstverständlich möglich.
Verbunden mit der Endkappe 12 ist ein Instrumentierungspaket, welches ein Paar von elektrischen Kabeln 24 umfasst, die mit einem Fitting 26 außerhalb des Kanals 16 verbunden sind. Zu dem Instrumentierungspaket 26 gehört ein Haltering 28, der einen O-Ring 30 umfasst, um eine flüssigkeitsdichte Abdichtung gegenüber der Flüssigkeit in dem Kanal 16 zu schaffen. Der Haltering 28 ist vorzugsweise mit einer geneigten Oberfläche 32 ausgebildet, um sich mit dem O-Ring 30 kombinieren zu lassen.
Die elektrischen Kabel 24 sind meistbevorzugt mit einer elektrischen Schaltung verbunden, die zum Beispiel von einem Motorsteuerungs- oder -regelungsmodul (ECM) beeinflusst wird. Typisch umfasst ein ECM mehrere Sensoren, die dazu verwendet werden, verschiedene Motor- und Fahrzeugparameter zu erfassen, so dass die Leistung (Performance) des Motors optimiert werden kann. Die vorliegende Erfindung umfasst entweder die Verwendung bereits vorhandener Sensoren, sofern geeignet und verfügbar, oder die Verwendung hinzugenommener Sensoren, um das ECM mit ausreichenden Informationen zu versorgen, um die vorliegende Erfindung mit Vorteil zu nutzen, wie hierin beschrieben.
Unterhalb des Halterings 28 erstreckt sich ein Körper 34 der Vorrichtung, der einen Isolator 29, eine daran anschließende externe Heizeinrichtung 31, einen geschlossenen Bereich 36, welcher einen Behälter für ein thermisch expandierbares Material (nicht gezeigt) bildet, eine Verlängerung 38 und einen Kolben 40 umfasst. Wie ersichtlich, erstrecken sich Behälter 36, Verlängerung 38 und Kolben 40 in den Kanal 16 hinein. Bei normaler Kühlmittelfüllung wären die Verlängerung 38 und der Kolben 40 demnach von dem Kühlmittelfluid umgeben, ebenso der Teil des Bereichs 36, der den Behälter enthält. Der Bereich 36, die Verlängerung 38 und der Kolben 40 bilden zusammen einen Betätiger, wie im Folgenden beschrieben.
Das Oberteil 12 ist an dem Hauptkörper 14 geschert, zum Beispiel durch Verschrauben bei 42. Wieder kann ein O-Ring 44 verwendet werden, um für eine sichere flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen dem oberen Teil 12 und dem Hauptkörper 14 zu sorgen.
Wetter zeigt 1 einen herkömmlichen Thermostaten 50, der einen Körper 52 umfasst, welcher ein thermisch expandierbares Material enthält, eine Befestigungsplatte 54, ein Ventil 56, eine Feder 58, die zwischen der Befestigungsplatte 54 und dem Ventil 56 liegt, und einen Kolben 60. Ebenfalls in 1 gezeigt ist eine Aufnahme 80, in die der Kolben 60 passt. Die Aufnahme 80 ist lagefixiert und wirkt so als eine Druckoberfläche für den Kolben 60. Gezeigt ist auch ein abgeschrägter Ventilsitz 82, gegen den das Ventil 56 dichtet. Ein wichtiges Merkmal des Ventilsitzes 82 liegt darin, dass die Öffnung so bemessen und gestaltet ist, dass, je weiter das Ventil 56 von dem Ventilsitz 82 versetzt ist, desto größer der Kühlmittelstrom zu dem Wärmetauscher, bis hinauf zu einer maximalen Flussrate. Die Funktionsweise dieser Komponenten wird im Folgenden ausführlicher beschrieben.
In der Mitte des Kanals 16 befindet sich eine Verbindungseinrichtung, die ein Lastübertragungselement 83 mit einer Feder 84 umfasst, welche zwischen einer in 1 gezeigten Leiste 86 und einer in 2 gezeigten Leiste 88 liegt. Das Element 83 bewirkt eine operative Verbindung des Betätigers mit dem Thermostaten 50. Auch die Funktionsweise dieser Elemente wird weiter unten ausführlicher beschrieben.
Es wird nun auf 2 Bezug genommen, die das Element 80 nun im Querschnitt darstellt, woraus hervorgeht, dass sich das Element 80 von der Seitenwand des Kanals 16 auswärts erstreckt und so – als Druckfläche oder Druckpunkt wirkend – dem Kolben 60 des Thermostaten 50 dagegenzudrücken erlaubt. Ebenfalls gezeigt ist die Befestigungsplatte 54, aufgenommen in mit dem Hauptkörper 14 fest verbundenen nach unten ragenden Armen 90, die das Thermostat 50 lagefixieren. Meistbevorzugt sind die Arme 90 so bemessen und gestaltet, dass sie in den unterhalb des Hauptkörpers 14 befindlichen Kühlmittelkanal passen, um die Montage zu erleichtern. Man sieht, dass der Kanal 16 eine Y-Verbindung 100 umfasst, die es gestattet, das Kühlmittel zu einem Kühler (nicht gezeigt) zirkulieren zu lassen. Demnach zeigt der Pfeil 102 den Lageort eines Kühlers, und der Pfeil 104 zeigt den Zufluss von Kühlmittel von dem Motor (nicht gezeigt) in den Kanal 16. Der Pfeil 105 zeigt das Kühlmittel ohne Durchlauf durch das Ventil 56, welches in 2 geschlossen ist.
3 zeigt einen Querschnitt der Elemente von 2 entlang der Schnittlinie A-A von oben gesehen. Im Einzelnen ist der Hauptkörper 14 als ein Kanal 16 mit einer Aufnahme 80 für den Kolben 60 ausgebildet gezeigt. Ebenfalls dargestellt ist das Lastübertragungselement 83, welches sich beiderseits der Aufnahme 80 erstreckt. Das Lastübertragungselement 83 ist so bemessen und gestaltet, dass es von einer äußeren Oberfläche der Aufnahme 80 geführt wird. Es können auch andere Formen von Lastübertragungselementen Verwendung finden; mit der Form von Element 83 wie gezeigt wurden jedoch vernünftige Ergebnisse erzielt.
Es wird nun erneut auf 2 Bezug genommen, die ferner isolierte Kabel 112 zeigt, welche mit der Heizeinrichtung 31 elektrisch verbunden sind. Die Kabel 112 bilden auch Teil des Instrumentierungspakets 26. Selbstverständlich können andere Arten von elektrischen Verbindungen vorgesehen werden, Wirkverbindung zwischen ECM und Heizeinrichtung 31 vorausgesetzt.
2 zeigt die Stellung des Ventils 56, wenn Kühlmittel und Motor kalt sind. In diesem Zustand liegt das Ventil 56 dicht gegen den Ventilsitz 82 an und sperrt den Fuss des Kühlmittels vom Motor zum Kühler. So kann das Kühlmittel durch den Motor rezirkulieren und damit der Motor seine gewünschte Betriebstemperatur schneller erreichen (bei 105 in 2 gezeigt).
Es wird nun auf die 3 und 4 Bezug genommen, denen zu entnehmen ist, dass sich das Ventil 56 von dem Ventilsitz 82 wegbewegt hat. Zu diesem Zeitpunkt hat die Temperatur des Kühlmittels die Aktivierungstemperatur des thermisch expandierbaren Materials in dem Thermostaten 50 erreicht, so dass es sich ausdehnt und dadurch den Kolben 60 zum Ausfahren veranlasst. Weil der Kolben 60 gegen eine Druckoberfläche in der Aufnahme 80 stößt, zwingt das Ausfahren des Kolbens 60 aus dem Körper 52 das Ventil 56 nach unten, von dem Ventilsitz 82 weg, wobei die Feder 58 zusammengedrückt wird. In dieser Stellung kann das Kühlmittel durch das Ventil 56 hindurch und, über den Abzweig 100 des Kanals, hinaus in den Kühler strömen, wie durch die Pfeile C angedeutet. Aus 4 kann man sehen, dass, obgleich das Ventil 50 geöffnet hat, das Lastübertragungselement 83 sich nicht bewegt hat, so dass nun ein Spalt 120 zwischen dem Lastübertragungselement 83 und dem Ventil 56 vorhanden ist. Wenn die Kühlmitteltemperatur unter den thermischen Aktivierungspunkt für den Thermostaten 50 fällt, bewirkt die Feder 58, dass das Ventil 56 gegen den Ventilsitz 82 schließt, was dazu führt, dass die Wärmedissipation vermindert wird und die Motortemperatur bei der optimalen Sollwerttemperatur erhalten bleibt.
In Einklang mit der vorliegenden Erfindung liegt der Aktivierungs-Temperaturbereich des Thermostats 50 mit Vorzug oberhalb des normalen Bereichs für seriengefertigte Fahrzeuge. Wenn also typisch ein Thermostat so eingestellt wird, dass er bei einer Temperatur zwischen 90°C und 95°C anzusprechen beginnt, so liegt für die vorliegende Erfindung die bevorzugte Aktivierungstemperatur zwischen ungefähr 100°C bis 105°C. Meistbevorzugt beginnt der Aktivierungs-Temperaturbereich bei etwa 102°C und endet ungefähr 10°C höher bei ca. 112°C. Dieser Temperaturbereich wird als erster Aktivierungsbereich bezeichnet. Wenn also beispielsweise die Temperatur des Kühlmittels 112°C erreicht, wird das Ventil 56 um einen Abstand D1 von dem Ventilsitz entfernt. D1 ist definiert als ein Abstand, der ausreichend ist, um dem Motor zu erlauben, bei der gewünschten Sollwert-Dauertemperatur zu laufen. Dieses Maß an Kühlung kann erreicht werden mit Kühlmittelumlaufströmen von ca. 1 bis 2 m³ pro Stunde für einen typischen mittelgroßen Wagen. Es versteht sich, dass andere Typen von Autos oder Lastkraftwagen andere Motorwärmebelastungen haben, die andere Kühlmitteldurchfluss-Bereiche verlangen. Wie weiter unten ausführlicher erläutert, ist die Ventilstellung für Temperaturerhaltung bei der optimalen Motortemperatur bevorzugt nicht eine voll geöffnete Stellung des Ventils 56. Vielmehr ist die Ventilposition bei D1 so, dass ausreichend Kühlmittelfluss zugelassen wird, um Temperaturerhaltung zu erzielen. Es ist ferner einzusehen, dass ein Motor, der über einen Temperaturbereich von 102°C bis 112°C als Dauerbetriebstemperatur arbeitet, wesentlich heißer läuft als ein herkömmliches System. Dies begünstigt eine vollständigere Verbrennung, weniger Emission und einen besseren Kraftstoffverbrauch. Schätzungsweise konnten Kraftstoffeinsparungen zwischen 1 und 2% oder sogar noch mehr erzielt werden, je nach Leistungsdaten des Motors.
6 zeigt die erfindungsgemäße Konfiguration, wenn der Kolben 40 ausgefahren ist. Der Kolben 40 wird ausgefahren, wenn das Motorsteuerungs- oder -regelungsmodul ein Signal zu der Heizeinrichtung 31 sendet, welches bewirkt, dass sich die Heizeinrichtung 31 rasch aufheizt und ihrerseits bewirkt, dass sich das thermisch expandierbare Material in dem Betätiger ausdehnt. Wie bereits erwähnt, wird dies als Folge von bestimmten Belastungszuständen des Motors geschehen, so etwa bei Beschleunigung oder unter anderen Umständen, die einen Bedarf an mehr Leistung und damit mehr Kühlung erzeugen. Die von der Heizeinrichtung 31 ausgehende Wärme bewirkt, dass der Kolben 40 ausgeschoben wird, wodurch das Lastübertragungselement 83 nach unten gedrückt wird. Das Lastübertragungselement 83 überträgt die Last von dem Kolben 40 auf die Schultern des Thermostats 50, wodurch der Ventilteller 56 vom Ventilsitz 82 weg versetzt wird. Wieder wird dadurch dem Kühlmittel erlaubt, durch den Thermostaten 50 und über den Abzweig 100 zum Kühler zu laufen, wie durch die Pfeile C bezeichnet. Wie aus den 6 und 7 zu entnehmen ist, bewirkt das Ausfahren des Kolbens 40 ein Zusammendrücken der Feder 84. Weiter bewirkt das Ausfahren des Kolbens 40, dass sich der Kolben 60 innerhalb der Aufnahme 80 bewegt und einen Spalt entstehen läßt, der bei 130 gezeigt ist. Wieder wird das Ventil 56 von dem Ventilsitz 82 wegbewegt, diesmal aber um einen Abstand D2. Erfindungsgemäß ist D2 ein ausreichender Abstand, um einen Kühlmittelstrom durch das Ventil zuzulassen, der viel größer ist als der bei D1 auftretende und der einen Kühlmittelstrom darstellt, der ausreichend ist, um die Motortemperatur eher zu erniedrigen als sie in einem stationären Zustand zu halten, was bei der Position D1 geschieht. Ferner wird es bevorzugt, dass das Erniedrigen der Temperatur rasch, innerhalb des Zeithorizonts eines Lastereignisses geschieht, was bedeutet, dass der Kühlmittelstrom ausreichend sein sollte, um möglichst eine rasche Kühlung des Motors zu erzielen. Meistbevorzugt erlaubt D2 eine Kühlmittelströmungsrate von ca. 8 bis 12 m³ pro Stunde für ein herkömmliches mittelgroßes Auto. Für den Fachmann wird erkennbar sein, dass andere Autotypen und andere Motorgrößen mehr oder weniger Kühlmittelfluss benötigen können. Demnach repräsentiert D2 eine Stellung, die weiter geöffnet ist als D1. Ein Verfahren, um dies zu erzielen, besteht erfindungsgemäß darin, den Kolben 40 bei Aktivierung mehr oder weiter ausfahren zu lassen, als der Kolben 60 ausfährt, wenn er aktiviert wird. Es können jedoch auch andere Verfahren Anwendung finden, um zu dem gleichen Resultat zu gelangen, nämlich mit Hilfe des Betätigers eine größere Kühlkapazität bereitzustellen als der Thermostat 50.
Erfindungsgemäß wird außerdem das thermisch expandierbare Material, welches für das Ausfahren des Kolbens 40 verantwortlich ist, auf einen von dem ersten, für das Ausfahren des Kolbens 60 verantwortlichen Aktivierungs-Temperaturbereich verschiedenen, oder zweiten Aktivierungs-Temperaturbereich eingestellt. Meistbevorzugt ist der zweite Aktivierungs-Temperaturbereich wesentlich höher als der erste Aktivierungs-Temperaturbereich des Hauptthermostats und kann beispielsweise etwa 25°C höher sein. Zum Beispiel könnte das für das Ausfahren des Kolbens 40 verantwortliche thermisch expandierbare Material in dem Betätiger so eingestellt sein, dass es auf Temperaturen von ungefähr 125°C bis 127°C anspricht. Weil dieser zweite Bereich beträchtlich oberhalb des ersten Bereichs liegt, wird es nie dazu kommen, dass der Kolben 40 aufgrund der Kühlmitteltemperatur allein zum Ausfahren veranlasst wird. Ganz einfach liegt der Betriebsbereich des thermisch expandierbaren Materials in dem Betätiger oberhalb des Betätigungstemperaturbereichs des Thermostats 50. Demnach wird im normalen Betrieb der Thermostat 50 verhindern, dass die Temperatur des Kühlmittels jemals so hoch werden kann wie die Temperatur zum Auslösen des Betätigers. Auf diese Weise erfolgt eine Aktivierung des Betätigers ausschließlich infolge einer elektrischen Ausgabe von der innerhalb des geschlossenen Körpers 56 aufgenommenen elektrischen Heizeinrichtung oder aufgrund eines direkten Befehls von dem ECM.
Es wurde gefunden, dass ein rasches Ausfahren des Kolbens 40 dadurch erzielt werden kann, dass als Heizeinrichtung 31 ein Heizelement gewählt wird, welches auf eine Temperatur aufheizt, die noch wesentlich höher ist, zum Beispiel ungefähr 150°C. Ferner wird es bevorzugt, dass das Ansprechen rasch geschieht. Dies wird dem thermisch expandierbaren Material erlauben, seine Ausdehnungstemperatur viel schneller zu erreichen. Es versteht sich, dass die Temperatur nicht so hoch sein kann, dass sie irgendeine der Komponenten schädigt, insbesondere das thermisch expandierbare Material. Demnach wird erfindungsgemäß ein Signal zum Aufheizen der Heizeiririchtung die Temperatur rasch anheben, so dass der Kolben 40 zum Ausfahren veranlasst wird. Eine Ansprechzeit von unter 10 Sekunden wird bevorzugt, und ca. 6 Sekunden sind bisher erzielt worden, wobei jedoch möglicherweise eine noch bessere Leistung erzielbar ist.
Es Ist ferner einzusehen, dass neben einer raschen Erwärmung des thermisch expandierbaren Materials auch ein rasches Abkühlen des Motors notwendig ist, wenn die benötigte Leistungsverstärkung innerhalb des Zeithorizonts des Ereignisses geliefert werden soll. Zu diesem Zweck muss das Ventil 56 befähigt sein, sich unter den erhöhten Leistungsverhältnissen weiter zu öffnen als in einem stationären oder Dauerzustand, um einen größeren Kühlmittelfluss zuzulassen.
Demnach liegt ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung darin, dass der Bewegungsbereich des Ventils 56 durch den Thermostaten 50 Strömungsraten von 1 bis 2 m³ pro Stunde entspricht. Aufgrund der Größe und der Gestalt der Ventilöffnung zwischen dem Ventil 56 und dem Ventilsitz 82 öffnet aber der Kolben 40 das Ventil 56 weiter, auf Strömungsraten, die etwa 10 m³ pro Stunde entsprechen. Auf diese Weise wird für eine rasche Abkühlung gesorgt, genügend, um die Temperatur des Kühlmittels reichlich unter die normalen Betriebstemperaturen abzusenken, beispielsweise auf ungefähr 70°C bis 80°C. Eine derart niedrige Motortemperatur wird die Leistung erhöhen.
Erfindungsgemäß ist der Bereich 36 auf der kalten Seite des Ventils 56 angeordnet. Der Teil des Bereichs 56 mit dem das thermisch expandierbare Material enthaltenden Behälter ist in das Kühlmittel getaucht, was zur Folge hat, dass die Betätiger-Temperatur (und die Temperatur des thermisch expandierbaren Materials) der Kühlmitteltemperatur nahekommen, wenn die Heizeinrichtung 31 den Betätiger nicht beheizt. Dies bedeutet, dass das thermisch expandierbare Material innerhalb des relativ kleinen dynamischen Bereichs von Kühlmitteltemperaturen gehalten wird. Dies bedeutet, dass die benötigte elektrische Energie zum Aufheizen des thermisch expandierbaren Materials in dem Körper 36 auf einen recht engen Bereich beschränkt sein wird, und damit ein genaueres und rechtzeitigeres Ausfahren des Kolbens 40 möglich wird. In anderen Worten: durch Vorsehen des Behälters des Körpers 36 im Kühlmittel wirkt das Kühlmittel als Temperaturpuffer, was wiederum sicherstellt, dass der Kolben 40 zuverlässiger und schneller durch die elektrische Heizeinrichtung 31 ausgefahren werden kann.
So wird zum Beispiel das thermisch expandierbare Material bereits auf Kühlmitteltemperatur sein, weil der Teil des Bereichs 36, der das Material enthält, in das Kühlmittel eingetaucht ist. Für den stationären oder Dauerbetrieb wird das thermisch expandierbare Material also im Wesentlichen auf die z. B. im Bereich von 102°C bis 112°C liegende Betriebstemperatur vorgewärmt. Auf diese Weise ist eine kleinere thermische Kluft zu überwinden, was ein schnelleres Erwärmen und Ausfahren des Kolbens 40 erlaubt. Die Auslösetemperatur des Materials in dem Bereich 36 kann eine beliebige Temperatur sein, ist bevorzugt aber eine höhere Temperatur und meistbevorzugt eine Temperatur, die höher genug ist, um ein unerwünschtes Ausfahren des Kolbens infolge Umgebungseinflüssen zu verhindern.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung liegt darin, dass, weil der Bereich 36 von Kühlmittel umgeben ist, das Kühlmittel die Wirkung zeigen wird, das thermisch expandierbare Material innerhalb des Bereichs 36 rasch abzukühlen, sobald das Motorsteuerungs- oder -regelungsmodul damit aufhört, elektrische Energie an die Heizeinrichtung zu schicken. Die dann auftretende Differenz zwischen Kühlmitteltemperatur und Temperatur des Betätigers wird groß sein, was ein noch schnelleres Abkühlen zur Folge hat. Im Einzelnen öffnet der Betätiger über den Kolben 40 das Ventil 56 und erlaubt das rasche Abkühlen des Motors infolge höherer Strömungsraten. Dies senkt die Temperatur des Motors und des Kühlmittels auf eine niedrigere Temperatur (die eine entsprechend höhere Leistung liefert). So liegt zum Beispiel – wiederum für ein mittelgroßes herkömmliches Auto – eine bevorzugte Leistungsabgabetemperatur zwischen 70 und 80°C und meistbevorzugt bei ca. 75°C. Somit wird kurz nach Anstoßen der Heizeinrichtung in dem Betätiger die Motorkühlmitteltemperatur ebenfalls ca. 75 Grad betragen. Weil die Heizeinrichtung auf ca. 150 Grad aufheizt, wie vorstehend aufgezeigt, ist die Temperaturdifferenz zwischen dem thermisch expandierbaren Material und dem Kühlmittel groß (ca. 75, verglichen mit zwischen 140 und 150), so dass das thermisch expandierbare Material des Betätigers aufgrund der großen Temperaturdifferenz rasch abgekühlt wird.
Rasches Abkühlen bewirkt auch, dass der Kolben 40 relativ rasch wieder einfährt. Dies ermöglicht dem Kolben 60, an der Aufnahme 80 bei dem geeigneten Öffnungsgrad des Ventils 56 für diese Kühlmitteltemperatur anzugreifen. In dem Beispiel für eine Temperatur von 75 Grad kann das Ventil 56 des Thermostats 50 zum Beispiel voll geschlossen sein, wenn die tiefere Leistungsabgabetemperatur über einen Zeitraum aufgetreten ist, der hinreichend ist, um dem Kolben 60 ein vollständiges Einfahren aus seiner Stationärzustandsstellung zu erlauben.
Es wird nun erneut auf 1 Bezug genommen, gemäß welcher die Heizeinrichtung 31 getrennt und außerhalb von dem das thermisch expandierbare Material enthaltenden Bereich 36 vorgesehen ist, aber daran anschließt. Meistbevorzugt weist die Heizeinrichtung 31 die Gestalt eines scheibenförmigen Körpers auf, der eine Höhe HH hat, die ausreichend ist, um Widerstandsheizelemente unterzubringen, und einen Durchmesser HD hat, der zu dem Durchmesser des Bereichs 36 passt. Mit der Verwendung von mechanischen Oberfläche-Oberfläche-Verbindungen, wie Schweißen oder Kleben, sind geeignete Resultate erzielt worden, die Erfindung erstreckt sich jedoch auch auf andere Verbindungsarten. Erwünscht ist es, den Wärmeübergang zwischen der Heizeinrichtung 31 und dem Betätiger zu unterstützen, so dass ein guter Kontakt von Oberfläche zu Oberfläche bevorzugt wird.
Es wird nun erkennbar sein, dass die externe Heizeinrichtung 31 gewisse Vorteile aufweist. Erstens verlangt sie nicht, dass der Bereich 36 ein Spezialthermostat mit einer eingebauten Heizeinrichtung erhält. Eine derartige eingebaute Heizeinrichtung würde eine elektrische Verbindung zwischen der Energiequelle (außerhalb des Thermostats) und der Heizeinrichtung (innerhalb des Thermostats) erfordern. Es müßte demnach einelektrischer Pfad durch die Wandungen des Thermostats vorgesehen werden, was kostenaufwendig ist und zu einem Integritätsverlust der Thermostatumhüllung führen kann, wenn ein Versagen eintritt. Demgegenüber kann die in sich geschlossene externe Heizeinrichtung 31 leicht und einfach mit einem bestehenden, herkömmlichen, in sich geschlossenen Thermostat verbunden werden, zum Beispiel mit dem Bereich 36, ohne Integritätsverlust der Thermostatumhüllung zu verursachen.
Die Kontaktheizeinrichtung ist erstreckungsgleich mit der Endfläche des Bereichs 36 gezeigt; die Erfindung umfasst jedoch auch andere Konfigurationen von Kontaktheizeinrichtungen für den Betätiger. So könnte die Heizeinrichtung 31 beispielsweise größenmäßig kleiner ausgeführt sein als die Endfläche des Bereichs 36, mit der die Heizeinrichtung 31 in Kontakt steht, wobei dies aber die Wärmeübertragungsrate abträglich beeinflussen würde. Zur Optimierung des Wirkungsgrades verdient deshalb die größere Berührungsfläche den Vorzug vor der kleineren Berührungsfläche, wenngleich dem Fachmann bekannt sein wird, dass die Wärmeübertragung – neben der Berührungsfläche zwischen der Heizeinrichtung und dem Bereich 36 – auch noch von einer Reihe anderer Variabler abhängig ist, zu denen Temperaturdifferenz, Wärmeübertragungsmedium, Zeithorizont, innerhalb dessen die Wärmeübertragung stattfinden muss, und Ansprechempfindlichkeit des thermisch expandierbaren Materials. Je nach gewünschten Ergebnissen kann die Berührungsfläche innerhalb gewisser Grenzen variiert werden. Die vorliegende Erfindung erstreckt sich daher auch darauf, die Heizeinrichtung so vorzusehen, dass sie die Seiten des Bereichs 36 umgibt, wobei dies aber den Durchmesser des Bereichs 36 erhöhen würde, was unter Umständen nicht erwünscht ist. Im Wesentlichen umfasst die Erfindung alle Formen von Kontaktheizeinrichtungen, deren Oberfläche ausreichend ist, um mit genügend Außenfläche des Bereichs 36 zusammenzupassen, um für hinreichend Wärmeübergang zu sorgen, so dass während des gewünschten Zeithorizonts genügend Bewegung realisiert wird.
1 zeigt ferner einen Isolator 29, der zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Wärmeübertragung verwendet werden kann. In diesem Fall wird unterbunden, dass die Wärme von der Heizeinrichtung 31 nach oben entweicht, so dass die Energiequelle, welche Energie über die Kabel 112 bereitstellt, vor der Wärme geschützt ist. Weiter wird die Wärme in den Körper der Heizeinrichtung zurückgelenkt, was bedeutet, dass mehr Wärme in den das thermisch expandierbare Material enthaltenden Bereich 36 übertragen wird. Es können verschiedene Materialien verwendet werden, um die Heizeinrichtung 31 zu isolieren, wie dem Fachmann bekannt sein wird. Der Isolator 29 hat ferner den Effekt, die Heizeinrichtung 31 gegenüber den Umgebungsbedingungen abzuschirmen.
Weiter zeigen die 1 und 2 den Betätiger als teilweise in das flüssige Kühlmittel eingetaucht. Die Heizeinrichtung 31 steht mit der Öffnung des Bereichs 36 in Verbindung, die von dem Kühlmittel frei liegt. So wird die von der Heizeinrichtung 31 erzeugte Wärme in den Bereich 36 gerichtet.
Für den Fachmann wird erkennbar sein, dass der Körper des Bereichs 36, der das thermisch expandierbare Material enthält, typisch aus einem Material mit hohem Wärmeübertragungskoeffizienten hergestellt ist, zum Beispiel aus eifern Metall. Damit wird es möglich, die Temperatur des umgebenden Fluids auf das thermisch expandierbare Material zu übertragen. Ein solches Wärmeübertragungsmaterial ist auch für den Körper der Heizeinrichtung 31 bevorzugt, um der Heizeinrichtung 200 ein leichteres Erwärmen des thermisch expandierbaren Materials zu erlauben. Die vorliegende Erfindung umfasst aber auch die Möglichkeit, den Bereich 36 – bis auf die Oberflächenkontaktfläche der Heizeinrichtung 200 – aus einem nicht-wärmeübertragenden Material herzustellen.
Es wird ferner erkennbar sein, dass sich das Lastübertragungselement 80 zwischen dem oberen Kolben 40 und dem Körper des Thermostats 50 erstreckt. Damit wird beim Ausfahren des oberen Kolbens 40 das Ventil 56 durch die Bewegung des Körpers des Thermostats 50 geöffnet. Sinkt die Kühlmitteltemperatur infolge des Öffnens des Ventils 56 durch den Betätiger, wird der Thermostat 50 normal so reagieren, dass der Kolben 60 zurückgezogen wird. Da aber der Kolben 60 von dem Drucksitz 80 durch das Lastübertragungselement 83 beabstandet ist, hat die Stellung des Kolbens 60 keinen Einfluss auf die Stellung des Ventils 56 relativ zu dem Ventilsitz 82. Auf diese Weise sind die Effekte des Ventilöffnens durch den elektronisch beeinflussten Betätiger und des Ventilöffnens durch das Kühlmitteltemperatur-Thermostat weder kumulativ noch subtraktiv. Vielmehr sind die zwei Effekte getrennt und unabhängig voneinander. So kann die Temperatur des Kühlmittels entsprechend der Motorlast eingestellt werden, weil das Ventil unverzüglich und durch ein geeignetes Signal von dem ECM auf Anforderung geöffnet werden kann.
Es wird nun erkennbar sein, dass das Ventil 56 veranlasst werden kann, genügend zu öffnen, um Kühlmitteltemperaturen herbeizuführen, die niedriger sind als der Bereich der normalen Betriebstemperaturen, die durch einen herkömmlichen Thermostaten eingestellt werden. In Situationen, wo mehr Leistung gefordert wird, mag es wünschenswert sein, die Temperatur auf eine Leistungsabgabetemperatur zu senken. Dies kann auf einfache Weise dadurch erreicht werden, dass das Motorsteuerungs- oder -regelungsmodul die elektrische Heizeinrichtung in dem Betätiger in Betrieb nimmt. In diesem Fall kann das Ventil geöffnet werden, so dass die Temperatur erniedrigt und ein Leistungsschub abgegeben werden kann. Andererseits ist auch bekannt, dass sich mit einer höheren Sollwerttemperatur ein Motorbetrieb mit weniger Emissionen und besserem Kraftstoffverbrauch, aber mit reduzierter Leistung durchführen läßt. Dieser Kompromiss hat zu Betriebstemperaturen geführt, die niedriger sind als die, die ansonsten erstrebenswert wären, um die Emissionen zu verringern. Der erfindungsgemäße Betätiger erlaubt einen Motorbetrieb bei einer höheren Betriebstemperatur zu dem Zweck, die Emissionen zu reduzieren, weil eine Leistungseinbuße auf Anforderung kompensiert werden kann, wie im vorstehenden erläutert.
Für den Fachmann wird erkennbar sein, dass die vorstehende Beschreibung bevorzugte Ausführungsformen betrifft, die lediglich beispielhaft sind.
Verschiedene Modifikationen und Abwandlungen wurden im Vorstehenden vorgeschlagen; weitere Modifikationen und Abwandlungen werden für den Fachmann erkennbar sein. So kann zum Beispiel, wenn auch die Differenz in der Auslösetemperatur zwischen den oberen und unteren Bereichen bevorzugt etwa 25° beträgt, ein beliebiger Bereich von Temperaturen verwendet werden, vorausgesetzt, dass der Betätiger bei einer höheren Temperatur als der Thermostat auslöst, so dass der Betätiger das Ventil nicht in ungewollter Weise öffnet.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung
12: Endkappe
14: Hauptkörper
16: Fluidkanal
18: Befestigungsflansch
20: Befestigungsmittelöffnungen
22: O-Ring
24: Kabel
26: Fitting
28: Haltering
29: Isolator
30: O-Ring
31: externe Heizeinrichtung
32: geneigte Oberfläche
34: Körper
36: geschlossener Bereich
38: Verlängerung
40: Kolben
42: Verschraubungsstelle
44: O-Ring
50: Thermostat
52: Körper
54: Befestigungsplatte
56: Ventil
58: Feder
60: Kolben
80: Aufnahme
82: Ventilsitz
83: Lastübertragungselement
84: Feder
86: Leiste
88: Leiste
90: Arm
100: Y-Verbindung
102: Pfeil
104: Pfeil
105: Pfeil
112: Kabel
120: Spalt
200: Heizeinrichtung

Claims

Vorrichtung zum Regeln einer Temperatur für einen Motor durch Steuern eines Stroms eines flüssigen Motor-Kühlmittels, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Thermostaten (50), der einen ausfahrbaren Kolben (60) und ein auf Temperatur ansprechendes Ventil (56) aufweist, welches den Strom des flüssigen Kühlmittels zu einem Kühler sperrt oder freigibt, wobei das auf Temperatur ansprechende Ventil (56) auf eine Temperatur des flüssigen Kühlmittels anspricht; einen thermisch aktivierten Betätiger (36, 38, 40), der mit dem Ventil (56) in Wirkverbindung steht, wobei die Wirkverbindung so ausgebildet ist, dass der Betätiger (36, 38, 40) das Ventil (56) unabhängig von dem Kolben (60) positionieren kann, wobei der Betätiger (36, 38, 40) so angeordnet ist, dass er im Gebrauch mindestens teilweise in das Kühlmittel eingetaucht ist, so dass er eine Betätigertemperatur aufweist, die einer Kühlmitteltemperatur nahekommt, wenn der Betätiger (36, 38, 40) nicht thermisch aktiviert ist; und eine Heizeinrichtung (31) in Außenkontakt mit dem thermisch aktivierten Betätiger (36, 38, 40) zum Bereitstellen einer thermischen Aktivierung zum Betätigen des Betätigers (36, 38, 40) derart, dass der Kühlmittelstrom auf Anforderung freigegeben wird.
Vorrichtung zum Regeln einer Temperatur eines Motors durch Steuern eines Stroms eines flüssigen Motor-Kühlmittels nach Anspruch 1, wobei der Thermostat (50) einen ersten Aktivierungs-Temperaturbereich aufweist und der Betätiger (36, 38, 40) einen zweiten Aktivierungs-Temperaturbereich oberhalb des ersten Aktivierungs-Temperaturbereichs aufweist.
Vorrichtung zum Regeln einer Temperatur eines Motors nach Anspruch 1, wobei der thermisch aktivierte Betätiger (36, 38, 40) ein thermisch expandierbares Material aufweist.
Vorrichtung zum Regeln einer Temperatur eines Motors nach Anspruch 3, wobei der Betätiger (36, 38, 40) teilweise in das flüssige Kühlmittel eingetaucht ist und die Heizeinrichtung (31) mit einem Teil des Betätigers in Außenkontakt steht, der von dem flüssigen Kühlmittel frei liegt.
Vorrichtung zum Regeln einer Temperatur eines Motors nach Anspruch 1, wobei der thermisch aktivierte Betätiger (36, 38, 40) einen zweiten ausfahrbaren Kolben (40) umfasst, wobei der zweite Kolben (40) beim Ausfahren ein Öffnen des Ventils (56) bewirkt.
Vorrichtung zum Regeln einer Temperatur eines Motors nach Anspruch 5, wobei der zweite ausfahrbare Kolben (40) des Betätigers (36, 38, 40) auf einen Körper des Thermostaten (50) einwirkt.
Vorrichtung zum Regeln einer Temperatur eines Motors nach Anspruch 6, wobei der erste ausfahrbare Kolben (60) des Thermostats (50) an einem festen Element (80) an einem Ende sitzt und Ausfahren des ersten ausfahrbaren Kolbens (60) eine Bewegung des Ventils (56) relativ zu dem festen Element (80) bewirkt.
Vorrichtung zum Regeln einer Temperatur eines Motors nach Anspruch 1, wobei der thermisch aktivierte Betätiger (36, 38, 40) eine Feder (84) zum Zurückbringen des Betätigers in eine Ruheposition umfasst.
Vorrichtung zum Regeln einer Temperatur eines Motors nach Anspruch 8, wobei die Ruheposition eine zurückgezogene Position ist.
Vorrichtung zum Regeln einer Temperatur eines Motors nach Anspruch 2, wobei der erste Aktivierungs-Temperaturbereich ungefähr 102°C bis 112°C beträgt.
Vorrichtung zum Regeln einer Temperatur eines Motors nach Anspruch 2, wobei der zweite Aktivierungs-Temperaturbereich oberhalb eines oberen Endes des ersten Aktivierungs-Temperaturbereichs liegt.
Vorrichtung zum Regeln einer Temperatur eines Motors nach Anspruch 2, wobei der zweite Aktivierungs-Temperaturbereich bei einer Temperatur beginnt, die ungefähr 10° höher liegt als ein oberes Ende des ersten Aktivierungs-Temperaturbereichs.
Vorrichtung zum Regeln einer Temperatur eines Motors nach Anspruch 2, wobei ein Motor-Steuerungs- oder -Regelungsmodul einen oder mehrere Sensoren zum Überwachen der Motorleistung umfasst und wobei das elektronische Steuerungs- oder Regelungsmodul auf der Grundlage einer oder mehrerer Ausgaben von diesen Sensoren eine gewünschte Motortemperatur bestimmt und den Betätiger in Betrieb nimmt, um die gewünschte Motortemperatur zu erreichen.
Vorrichtung zum Regeln einer Temperatur eines Motors nach Anspruch 13, wobei das Motor-Steuerungs- oder -Regelungsmodul Sensoren zum Erfassen einer oder mehrerer der Größen Kühlmitteltemperatur, Beschleunigung, Drehzahl, Drehmoment und Motorlast umfasst.
Vorrichtung zum Regeln einer Temperatur eines Motors, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Thermostaten (50), der ein thermisch gesteuertes Ventil (56) aufweist, welches sich in Abhängigkeit von einer Kühlmitteltemperatur in eine erste Position öffnet, wobei die erste Position einer ersten Kühlmittelflussrate entspricht, die zum Aufrechterhalten einer optimalen Motortemperatur ausreichend ist, wobei das Ventil (56) einen Ventilkörper und einen ausfahrbaren Kolben (60) zum Positionieren des Ventilkörpers umfasst; einen thermisch gesteuerten Betätiger (36, 38, 40), der unabhängig von dem ausfahrbaren Kolben (60) auf den Ventilkörper einwirkt, zum öffnen des Ventils (56) in eine zweite Position, wobei die zweite Position einer zweiten Kühlmittelflussrate entspricht, die dazu ausreicht, es dem Motor zu erlauben, sich auf eine Leistungsabgabetemperatur unterhalb der optimalen Temperatur abzukühlen; und eine mit dem Betätiger (36, 38, 40) verbundene Außenkontaktheizeinrichtung (31), wobei die Außenkontaktheizeinrichtung (31) auf Anforderung in Betrieb genommen wird.
Vorrichtung zum Regeln einer Temperatur eines Motors nach Anspruch 15, wobei die optimale Temperatur zwischen ungefähr 102°C und 112°C liegt.
Vorrichtung zum Regeln einer Temperatur eines Motors nach Anspruch 16, wobei die Leistungsabgabetemperatur zwischen ungefähr 70°C und ungefähr 80°C liegt.
Vorrichtung zum Regeln einer Temperatur eines Motors nach Anspruch 15, wobei die erste Kühlmittelflussrate zwischen ungefähr 1 Kubikmeter pro Stunde und 2 Kubikmeter pro Stunde liegt.
Vorrichtung zum Regeln einer Temperatur eines Motors nach Anspruch 15, wobei die zweite Kühlmittelflussrate ungefähr 10 Kubikmeter pro Stunde beträgt.
Vorrichtung zum Regeln einer Temperatur eines Motors nach Anspruch 15, wobei der Betätiger (36, 38, 40) so angeordnet ist, dass er im Gebrauch teilweise in das Kühlmittel eingetaucht ist, so dass er eine Betätigertemperatur aufweist, die der Kühlmitteltemperatur nahekommt, wenn der Betätiger (36, 38, 40) nicht thermisch aktiviert ist.