DE19545081A1 - Thermostatventil für einen Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Thermostatventil für einen Kühl­ kreislauf eines flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotors mit einer Mischkammer, an die eine Anschlußöffnung für einen Rücklauf eines Kühlmittelkühlers anschließt, der eine An­ schlußöffnung für einen Motoraustritt gegenüberliegt und an die zwischen der Anschlußöffnung für den Rücklauf des Kühl­ mittelkühlers und der Anschlußöffnung für den Motoraustritt eine Anschlußöffnung für einen Motoreintritt anschließt, wo­ bei in der Mischkammer ein thermostatisches Arbeitselement angeordnet ist, das mit einem der Anschlußöffnung für den Rücklauf des Kühlmittelkühlers zugeordneten Hauptventilteller und mit einem der Anschlußöffnung für den Motoraustritt zuge­ ordneten Kurzschlußventilteller versehen ist.

Das Thermostatventil der eingangs genannten Art wird für eine sogenannte Motoreintrittsregelung verwendet. Das aus dem Hauptventilteller und der Anschlußöffnung für den Rücklauf des Kühlmittelkühlers gebildete Hauptventil ist in kaltem Zu­ stand geschlossen, während das von dem Kurzschlußventilteller und der Anschlußöffnung für den Motoraustritt gebildete Kurz­ schlußventil geöffnet ist. Bis zu einer unterhalb der Be­ triebstemperatur liegenden Öffnungstemperatur strömt somit das Kühlmittel in einem Kurzschluß von dem Motoraustritt zu dem Motoreintritt.

Es ist auch bekannt (DE 44 16 554 A1), eine sogenannte Motor­ austrittsregelung mittels eines Thermostatventils zu verwirk­ lichen. In diesem Falle sperrt das Hauptventil in kaltem Zu­ stand den Strömungsweg zwischen dem Motoraustritt und dem Vorlauf des Kühlmittelkühlers, während das Kurzschlußventil in einer Verbindung zwischen Motoraustritt und einem Kurz­ schluß zu einem Motoreintritt angeordnet ist. Um mittels die­ ses Thermostatventils die Warmlaufphase zu verkürzen, d. h. das Erreichen der Öffnungstemperatur, ist vorgesehen, daß die zu dem Motoreintritt führende Kurzschlußöffnung mittels eines Überdruckventils in kaltem Zustand vollständig oder bis auf eine geringe Strömungsmenge verschlossen ist. Hierzu ist die zu dem Motoreintritt führende Kurzschlußöffnung mittels eines federnd angedrückten Abdeckelementes verschlossen, das einen Ventilsitz für ein Überdruckventil bildet. Der zu diesem Überdruckventil zugehörige Ventilteller ist in Strömungsrich­ tung federnd nachgiebig auf einem Ansatz des thermostatischen Arbeitselementes angeordnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Thermostatven­ til der eingangs genannten Art zu schaffen, daß für eine Mo­ toreintrittsregelung geeignet ist und eine Verkürzung der Warmlaufphase erlaubt, ohne daß das Regelverhalten gestört ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Anschlußöffnung für den Motoraustritt mittels eines in Richtung zu der Misch­ kammer federnd nachgiebig gehaltenen Abdeckelementes abge­ deckt ist, das mit mehreren Durchbrechungen versehen ist, die mittels des Kurzschlußtellers verschließbar sind und deren Gesamtquerschnitt kleiner als der Querschnitt der Anschluß­ öffnung für den Motoraustritt ist, daß das Abdeckelement mit einem in die Mischkammer ragenden, den Kurzschlußventilteller umgebenden Kragen versehen ist, und daß zwischen dem Rand des Kurzschlußventiltellers und dem Kragen ein derart großer Ab­ stand belassen ist, daß die freie Querschnittsfläche zwischen dem Rand des Kurzschlußventiltellers und dem Kragen ein Mehr­ faches des Gesamtquerschnittes der Durchbrechungen des Ab­ deckelementes beträgt.

Das Abdeckelement begrenzt die Menge der Kurzschlußströmung derart, daß eine Verkürzung der Warmlaufphase erhalten wird. Gleichzeitig wirkt das federnd an die Kurzschlußöffnung ange­ drückte Abdeckelement als ein Überdruckventil, da es gegen die Wirkung der gegen die Anschlußöffnung des Motoraustrittes gerichtete Federkraft nachgeben und dann einen größeren Strö­ mungsquerschnitt freigeben kann. Der Kragen des Abdeckelemen­ tes in seiner Relation zu dem Kurzschlußventilteller bewirkt, daß trotz der in den meisten Betriebszuständen deutlich ver­ ringerten Kurzschlußströmung das Regelverhalten des Thermo­ statventils nicht verschlechtert ist. Der Kragen sorgt dafür, daß die bei geschlossenem Abdeckelement verringerte Kurz­ schlußströmung nicht direkt zu dem Motoreintritt strömt, son­ dern vielmehr in Richtung zu dem thermostatischen Arbeitsele­ ment gelenkt wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die Höhe des Kragens wenigstens das Doppelte des im kaltem Zustand vorhandenen Abstandes des Kurzschlußventiltellers zu dem Abdeckelement beträgt. Versuche haben gezeigt, daß diese Höhe des Kragens ausreicht, um die gewünschte Wirkung zu er­ halten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die Querschnittsfläche zwischen dem Rand des Kurzschlußven­ tiltellers und dem Kragen des Abdeckelementes wenigstens das 4-fache bis das 5-fache des Gesamtquerschnittes der Durchbre­ chungen des Abdeckelementes beträgt. Damit wird sicherge­ stellt, daß die Kurzschlußströmung nach den als Drosselstel­ len wirkenden Durchbrechungen des Abdeckelementes beruhigt wird und in ausreichender Weise zu dem thermostatischen Ar­ beitselement gelangt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiels und den Unteransprüchen.

Die Zeichnung zeigt einen Schnitt durch ein erfindungs­ gemäßes Thermostatventil.

Das Thermostatventil besitzt einen deckelartigen Anschluß stutzen (10), der an einem Gehäuse (11), beispielsweise an dem Gehäuse einer Kühlmittelpumpe, angebracht ist und der ei­ ne in diesem Gehäuse (11) vorgesehene Mischkammer (12) ab­ deckt. Zu der Mischkammer (12) führt eine von dem deckelarti­ gen Anschlußstutzen (10) gebildete Anschlußöffnung (13) für einen Rücklauf eines nicht dargestellten Kühlmittelkühlers. Dieser Anschlußöffnung (13) liegt eine Anschlußöffnung (14) für einen Motoraustritt gegenüber. Zwischen der Anschlußöff­ nung (13) und der Anschlußöffnung (14) ist eine Anschlußöff­ nung (15) vorgesehen, die zu einem Motoreintritt führt.

In der Mischkammer befindet sich ein thermostatisches Arbeit­ selement (16), das ein Gehäuse (17) aufweist, in welchem ein sein Volumen temperaturabhängig ändernder Stoff, ein soge­ nannter Dehnstoff, untergebracht ist. Als Dehnstoff dient in der Regel eine Wachsmischung. Bei einer Volumensausdehnung treibt der Dehnstoff einen Arbeitskolben (18) aus dem Gehäuse aus, der an einem Ansatz (19) des Deckels abgestützt ist. An dem Gehäuse (17) ist ein Hauptventilteller (20) angebracht, der mit einem Ventilsitz (21) der Anschlußöffnung (13) für den Rücklauf des Kühlmittelkühlers ein Hauptventil bildet. Der Ventilteller (20) ist mit einer Rückstellfeder (22) bela­ stet, die sich an einer Traverse (23) abstützt, die an in die Mischkammer (12) ragende Ansätze (24) des Deckels (10) gehal­ ten ist.

An dem dem Arbeitskolben (18) gegenüberliegenden Ende des Ge­ häuses (17) ist ein Bolzen (25) angeschweißt, auf dem ein Kurzschlußventilteller (26) geführt ist. Der Kurzschlußven­ tilteller (26) ist mit einer Kurzschlußfeder (27) belastet, die sich an dem Gehäuse (17) abstützt. Die Position des Kurz­ schlußventiltellers (26) ist mittels eines Sicherungsringes (28) auf dem Bolzen (25) gesichert.

Auf einem zylindrischen Führungsansatz (29) des Kurzschluß­ ventiltellers (26) ist ein Abdeckelement (30) geführt, das mittels einer Feder (31) an die Anschlußöffnung (14) ange­ drückt ist. Die Feder (31) ist innerhalb eines Kragens (32) des Abdeckelementes (30) angeordnet und an der Traverse (23) abgestützt.

Das Abdeckelement (30) ist mit Durchbrechungen (33) versehen, die durch den Kurzschlußventilteller (26) verschließbar sind. Der Kurzschlußventilteller (26) ist ebenfalls mit Durchbre­ chungen (34) versehen, die sich allerdings im Bereich eines anderen Durchmessers als die Durchbrechungen (33) in dem Ab­ deckelement (30) befinden. Auf die Durchbrechungen (34) des Kurzschlußventiltellers (26) kann auch verzichtet werden.

In der Zeichnung ist das Thermostatventil in kaltem Zustand gezeigt, in welchem der Hauptventilteller (20) die Anschluß­ öffnung (13) des Rücklaufs des Kühlmittelkühlers sperrt, wäh­ rend der Kurzschlußventilteller (26) von dem Abdeckelement (30) abgehoben ist, so daß eine Kurzschlußströmung des Kühl­ mittels durch die Durchbrechungen hindurch von der Anschluß­ öffnung (14) für den Motoraustritt zu der Anschlußöffnung (15) für den Motoreintritt möglich ist. Der Gesamtquerschnitt der Durchbrechungen (33) ist so gewählt, daß er wenigstens kleiner als ein Fünftel des Querschnittes der Anschlußöffnung (14) für den Motoraustritt ist. Diese Kurzschlußströmung des Kühlmittels wird mittels der Querschnittsbemessungen der Durchbrechungen (33) so gewählt, daß die Kurzschlußströmung möglichst gering ist, jedoch ausreicht, um das thermostati­ sche Arbeitselement (16) zu erwärmen.

Der Kragen (32) umgibt den Rand des Kurzschlußtellers (26) mit einem relativ großen Abstand, so daß eine entsprechend große Querschnittsfläche für die Kühlmittelströmung vorhanden ist. Diese Querschnittsfläche sollte wenigstens das Vierfache des Gesamtquerschnittes der Durchbrechungen (33) betragen, so daß eine möglichst laminare Strömung in diesem Bereich erhal­ ten wird. Die Höhe des Kragens (32) wird möglichst groß ge­ wählt. Sie sollte wenigstens das Doppelte des Abstandes zwi­ schen dem Kurzschlußventilteller (26) und dem Abdeckelement (30) betragen, d. h. dem Bereich des Abdeckelementes (30), in welchem sich die mittels des Kurzschlußventiltellers (26) verschließbaren Durchbrechungen (33) befinden.

Die Federkennlinie der als Schraubenfeder ausgebildeten Feder (31) ist so gewählt, daß das Abdeckelement (30) bei einem vorgegebenen Überdruck von der Anschlußöffnung (14) abhebt. Üblicherweise folgt der Anschlußöffnung (15) zu dem Motorein­ tritt eine Kühlmittelpumpe, deren Drehzahl von der Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängig ist, so daß auch die Förder­ menge der Kühlmittelpumpe von der Motordrehzahl abhängig ist. Sollte bei noch geschlossenem Thermostatventil, d. h. in dem in der Zeichnung dargestellten Zustand, der Verbrennungsmotor mit einer erhöhten Drehzahl betrieben werden, so öffnet das von der Anschlußöffnung (14) und dem Abdeckelement (30) ge­ bildete Überdruckventil, so daß eine Druckbegrenzung statt­ findet. Das Abdeckelement (30) wird aufgrund des Überdruckes auf dem hülsenförmigen Führungsansatz (29) verschoben, bis es gegen den Kurzschlußventilteller (26) anläuft. Die Feder (27) des Kurzschlußventiltellers (26) ist derart bemessen, daß keine von dem Druck des Kühlmittels abhängige Verlagerung des Abdeckelementes (30) und des Kurzschlußventiltellers (26) er­ folgt.

Der Kragen (32) des Abdeckelementes (30) bewirkt, daß in al­ len Betriebszuständen, in welchen das Abdeckelement (30) an der Abschlußöffnung (14) anliegt und damit die Kurzschluß­ strömung begrenzt, diese reduzierte Menge an Kühlmittel mit ausreichender Sicherheit zu dem als Wärmefühlteil dienenden Gehäuse (17) des thermostatischen Arbeitselementes (16) ge­ langt und nicht unmittelbar zu der Anschlußöffnung (15) für den Motoreintritt abströmt.

Die erfindungsgemäße Gestaltung ist vorstehend an dem Bei­ spiel eines sonst in üblicher Weise ausgebildeten Thermostat­ ventils erläutert worden. Die Erfindung eignet sich jedoch auch in Verbindung mit einem Thermostatventil, das mit einer mit elektrischer Energie versorgbaren Heizeinrichtung verse­ hen ist, um entsprechend dem Kühlbedarf unterschiedliche Temperaturbereiche anzufahren. Beispielsweise eignet sich die Erfindung auch in Verbindung mit dem Thermostatventil, wie es aus der DE 44 09 547 A1 bekannt ist.

Claims (5)

1. Thermostatventil für einen Kühlkreislauf eines flüssig­ keitsgekühlten Verbrennungsmotors mit einer Mischkammer, an die eine Anschlußöffnung für einen Rücklauf eines Kühlmittel­ kühlers anschließt, der eine Anschlußöffnung für einen Motor­ austritt gegenüberliegt, und an die zwischen der Anschlußöff­ nung für den Rücklauf des Kühlmittelkühlers und der Anschluß­ öffnung für den Motoraustritt eine Anschlußöffnung für einen Motoreintritt anschließt, wobei in der Mischkammer ein ther­ mostatisches Arbeitselement angeordnet ist, das mit einem der Anschlußöffnung für den Rücklauf des Kühlmittelkühlers zuge­ ordneten Hauptventilteller und mit einem der Anschlußöffnung für den Motoraustritt zugeordneten Kurzschlußventilteller versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußöffnung (14) für den Motoraustritt mittels eines in Richtung der Mischkammer (12) federnd nachgiebig gehaltenen Abdeckelemen­ tes (30) abgedeckt ist, das mit mehreren Durchbrechungen (33) versehen ist, die mittels des Kurzschlußtellers (26) verschließbar sind, und deren Gesamtquerschnitt kleiner als der Querschnitt der Anschlußöffnung (14) für den Motoraus­ tritt ist, daß das Abdeckelement (30) mit einem in die Misch­ kammer (12) ragenden, den Kurzschlußventilteller (26) umge­ benden Kragen (32) versehen ist, und daß zwischen dem Rand des Kurzschlußventiltellers (26) und dem Kragen (32) ein der­ art großer Abstand belassen ist, daß die freie Querschnitts­ fläche zwischen dem Rand des Kurzschlußventiltellers und dem Kragen ein Mehrfaches des Gesamtquerschnittes der Durchbre­ chungen (33) des Abdeckelementes (30) beträgt.

2. Thermostatventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Höhe des Kragens (32) wenigstens das Doppelte des in kaltem Zustand vorhandenen Abstandes des Kurzschluß­ ventiltellers (26) zu dem Abdeckelement (30) beträgt.

3. Thermostatventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Querschnittsfläche zwischen dem Rand des Kurzschlußventils (26) und dem Kragen (32) des Abdeckele­ mentes (30) wenigstens das Vierfache des Gesamtquerschnittes der Durchbrechungen (33) des Abdeckelementes (30) beträgt.

4. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Gesamtquerschnitt der Durchbre­ chungen (33) des Abdeckelementes (30) kleiner als ein Fünftel des Querschnittes der Anschlußöffnung (14) für den Motoraus­ tritt ist.

5. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Abdeckelement (30) mittels einer Schraubenfeder (31) gegen die Mündung der Anschlußöffnung (14) für den Motoraustritt angedrückt ist, die innerhalb des Kragens (32) des Abdeckelementes (30) angeordnet ist.