DE19735058A1 - Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für einen mit flüssigem Kühlmittel gekühlten Verbrennungsmotor, der in einem Kreis­ lauf mit einem Kühlmittelkühler angeordnet ist, an welchen Kreislauf wenigstens ein Wärmetauscher einer Zusatzeinrich­ tung mittels eines Schaltventils angeschlossen ist, das ein in zwei Positionen umschaltbares Ventilelement enthält, das in einer Position eine Verbindung zwischen dem Kühlmittel­ kreislauf und dem Wärmetauscher der Zusatzeinrichtung sperrt und in der anderen Position freigibt, wobei als Schaltelement zum Umschalten des Ventilelementes ein mit einer Rückstellfe­ der belastetes thermostatisches Arbeitselement vorgesehen ist, das mit dem Kühlmittel beaufschlagt und mit einer elek­ trischen Heizeinrichtung versehen ist, und das einen Dehn­ stoff enthält, der auf eine Schalttemperatur ausgelegt ist, die höher als eine maximale Betriebstemperatur des zu dem thermostatischen Arbeitselement strömenden Kühlmittels ist nach Patent 196 06 202.

In dem Hauptpatent sind Ausführungsbeispiele offenbart, die Umschaltventile sind, die die Kühlmittelströmung derart um­ schalten, daß das Kühlmittel entweder durch den Wärmetauscher der Zusatzeinrichtung oder durch einen Bypass zurückströmt.

Das thermostatische Arbeitselement ist somit in jeder Be­ triebsstellung dem strömenden Kühlmittel ausgesetzt.

Wenn das Schaltventil als ein reines Absperrventil ausgebil­ det ist, so wird in der Absperrstellung des Ventilelementes die Kühlmittelströmung vollständig unterbrochen. Diese voll­ ständige Unterbrechung der Kühlmittelströmung kann zu dem Problem führen, daß dann die Reaktionszeit des Ventils rela­ tiv lange wird. Wenn beispielsweise das Schaltventil in be­ stromtem Zustand der Heizeinrichtung geschlossen ist, so wird zum Freigeben der Verbindung zu dem Wärmetauscher der Zusat­ zeinrichtung die Bestromung der Heizeinrichtung abgeschaltet. Um das Schaltventil zu öffnen, muß der Dehnstoff des thermo­ statischen Arbeitselementes so weit abgekühlt werden, daß die Rückstellfeder den Arbeitskolben in das Gehäuse des thermo­ statischen Arbeitselementes zurückdrücken kann. Wenn nur stillstehendes Kühlmittel zur Verfügung steht, so kann diese Abkühlung verhältnismäßig lange dauern und eine entsprechend lange Reaktionszeit bedingen.

Um dieses Problem zu beseitigen, wird vorgesehen, daß das thermostatische Arbeitselement mit einem Fühlteil mit einer Ventilkammer in Verbindung steht, die mittels des Ventilele­ mentes gegenüber einem zu dem Wärmetauscher der Zusatzein­ richtung führenden Austrittsanschluß absperrbar ist und an die ein Zulaufanschluß und ein Rücklaufanschluß für das Kühl­ mittel anschließen.

Bei diesem Schaltventil wird mittels des Rücklaufanschlusses auch bei abgesperrtem Zustand eine Kühlmittelströmung auf­ recht erhalten, so daß auch in diesem Zustand das Fühlteil des thermostatischen Arbeitselementes mit dem Kühlmittel um­ strömt ist und somit nach Abschalten der Beheizung entspre­ chend schnell abgekühlt werden kann. Dadurch läßt sich die Reaktionszeit wesentlich verkürzen, d. h. die Zeit zwischen dem Abschalten der Heizeinrichtung und dem Öffnen des Aus­ trittsanschlusses zu dem Wärmetauscher der Zusatzeinrichtung.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiele.

Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch ein Schaltventil für ein erfindungsgemäßes Kühlsystem in Schließstellung,

Fig. 2 den Axialschnitt des Schaltventils in geöffnetem Zu­ stand,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 1, und

Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform mit einem um 180° verdreht angeordneten thermostatischen Arbeitsele­ ment.

In Fig. 1 bis 4 sind weitere Ausführungsformen von Schaltven­ tilen dargestellt, die in das in Fig. 1 des Hauptpatentes dargestellte Kühlsystem als Ventile 23 oder 24 eingesetzt werden können. Wie im Nachstehenden noch erläutert werden wird, sind die Schaltventile nach Fig. 1 bis 4 einfache Ab­ sperrventile, die die Verbindung zwischen den von der Motor­ austrittsleitung abzweigenden Leitungen zu einem Wärmetau­ scher einer Zusatzeinrichtung absperren oder freigeben, ohne daß dabei Bypassleitungen entsprechend den Leitungen 25, 26, 22 des in Fig. 1 des Hauptpatentes dargestellten Kühlsystems vorgesehen sind.

Das in Fig. 1 bis 3 dargestellte Schaltventil besitzt ein Ventilgehäuse 72, das mit einem an einer vom Motoraustritt kommende Leitung anschließbaren Zulaufanschluß 73 versehen ist, der zu einer Ventilkammer führt. An die Ventilkammer schließt weiter ein Austrittsanschluß 74 an, der gegenüber der Ventilkammer mittels eines Ventils absperrbar ist und der an den Wärmetauscher einer Zusatzeinrichtung angeschlossen ist, insbesondere an einen zur Innenraumheizung eines Kraft­ fahrzeugs dienenden Wärmetauscher. Der Austrittsanschluß 74 ist als ein Schieberventilsitz ausgebildet, dem ein kolbenar­ tiger Schieber 75 zugeordnet ist. Der kolbenartige Schieber 75 erstreckt sich mit einem Führungsansatz 76, der beispiels­ weise aus vier kreuzförmig angeordneten Laschen besteht, in denAustrittsanschluß 74. In der Absperrstellung ragt der kolbenartige Schieber 75 so weit in den Austrittsanschluß 74 hinein, daß ein in eine Ringnut des Schiebers 75 eingelegter Dichtungsring 77 die Verbindung zwischen der Ventilkammer und dem Austrittsanschluß 74 abdichtet.

Der Schieber 75 ist gegen die Wirkung einer Rückstellfeder 78 mittels eines thermostatischen Arbeitselementes 79 verstell­ bar. Das thermostatische Arbeitselement 79, das beispielswei­ se einen Aufbau entsprechend dem thermostatischen Arbeitsele­ ment gemäß Fig. 2 und 3 des Hauptpatentes hat, besitzt ein mit Dehnstoff gefülltes Gehäuse 80, dessen Dehnstoff sich ab einer bestimmten Temperatur im wesentlichen linear ausdehnt und dabei einen Arbeitskolben 81 aus dem Gehäuse 80 aus­ treibt. Der Arbeitskolben 81 ist in einem in das Gehäuse 79 eingebörtelten Führungsteil 82 geführt.

Das thermostatisches Arbeitselement ist unter Zwischenfügen eines Dichtungsringes in einem deckelartigen Bauteil 83 ange­ ordnet, das unter Zwischenfügen eines weiteren Dichtungsrin­ ges 84 die Ventilkammer auf der dem Austrittsanschluß 74 ge­ genüberliegenden Seite abdichtet. Das deckelartige Bauteil 83 ist mit einer Bügelfeder 85 in dem Ventilgehäuse gesichert, wie dies insbesondere aus Fig. 3 zu sehen ist.

Das deckelartige Bauteil 83 nimmt das Gehäuse 80 des thermo­ statischen Arbeitselementes derart auf, daß die Seite, aus dem das Führungsteil 82 herausragt, in etwa eine Abschlußwand der Ventilkammer bildet. Das Führungsteil 82 ragt dann in diese Ventilkammer. Der kolbenartige Schieber 75 ist auf die­ sem Führungsteil 82 geführt und zentriert.

Innerhalb des Gehäuses 80 des thermostatischen Arbeitselemen­ tes ist eine elektrische Heizeinrichtung, insbesondere ein elektrischer Heizwiderstand, angeordnet, dessen Anschlußlei­ tungen aus dem Boden des Gehäuses 80 dichtend herausgeführt und mit einem für einen Stecker o. dgl. zugeordneten elektri­ schen Anschluß 86 verbunden sind.

Das Schaltventil nach Fig. 1 bis 3 ist so ausgebildet, daß es stromlos offen ist, d. h. solange die Heizeinrichtung des thermostatischen Arbeitselementes 79 nicht bestromt ist, die Verbindung zwischen dem Zulaufanschluß 73 und dem zu einem Wärmetauscher der Zusatzeinrichtung, insbesondere einer Kraftfahrzeuginnenraumheizung, führende Austrittsanschluß 74 freigegeben ist. Wird das thermostatische Arbeitselement be­ heizt, d. h. wird sein Heizelement bestromt, so fährt der Ar­ beitskolben 81 aus (Fig. 1) und nimmt den kolbenartigen Schieber so weit mit, daß er mit dem Bereich des Dichtungs­ ringes 77 in den Austrittsanschluß 74 hineindringt, und die­ sen dichtend verschließt. In diesem Fall liegen die Stirnsei­ te des Gehäuses 80 und das Führungsteil 82 weitgehend frei in der Ventilkammer, so daß sie dem Kühlmittel ausgesetzt sind. Wird die Bestromung des Heizelementes des thermostatischen Arbeitselementes 79 abgeschaltet, so sorgt das Kühlmittel für eine Abkühlung und damit für eine Volumenverringerung des Dehnstoffes, so daß dann die Rückstellfeder 78 den Arbeits­ kolben 81 zurückdrückt und dabei den kolbenartigen Schieber 75 so weit aus dem Austrittsanschluß 74 herauszieht, daß ein großer Strömungsquerschnitt freigegeben wird.

Die Schalttemperatur des Dehnstoffes des thermostatischen Ar­ beitselementes 79 liegt höher als die maximale Temperatur des Kühlmittels, so daß nach einem Ende der Bestromung des Heiz­ elementes das thermostatische Arbeitselement so weit gekühlt wird, daß der Dehnstoff sein Volumen reduziert, so daß die Rückstellfeder 78 den kolbenartigen Schieber 75 und den Ar­ beitskolben 81 zurückdrückt, so daß die Verbindung zwischen dem Zulaufanschluß 73 und dem Austrittsanschluß 74 offen ist.

Um sicherzustellen, daß das Schaltventil bei Abschalten der Bestromung der Heizeinrichtung relativ schnell reagiert und öffnet, ist an die Ventilkammer des Ventilgehäuses 72 vor den Absperrelementen ein Rücklaufanschluß 87 angeschlossen. Die­ ser Rücklaufanschluß 87, der an den Motorvorlauf oder an die Mischkammer eines Thermostatventiles entsprechend dem Kühlsy­ stem nach Fig. 1 des Hauptpatentes angeschlossen ist, sorgt dafür, daß ständig in der Ventilkammer eine Mindestmenge an Kühlmittel strömt, so daß nach Abschalten der Bestromung der Heizeinrichtung eine schnelle Kühlung erfolgt. Die Kühlmit­ telmenge, die durch den Rücklaufanschluß 87 zurückströmt, kann relativ gering sein, um eine ausreichende Strömung in der Ventilkammer aufrecht zu erhalten. Sie braucht nur ein Bruchteil der Strömungsmenge zu sein, die bei geöffnetem Ven­ til von dem Zulaufanschluß 73 zu dem Austrittsanschluß 74 strömt. Die rückströmende Kühlmittelmenge braucht beispiels­ weise nicht mehr als ein zwanzigstel der Hauptströmung zu sein. Die Begrenzung der zurück durch den Rücklaufanschluß 87 strömenden Kühlmittelmenge läßt sich durch den Querschnitt des Rücklaufanschlusses 87 oder eine andere, geeignete Dros­ selung in einer Rückführungsleitung bewirken.

Das in Fig. 4 dargestellte Schaltventil entspricht in seinem wesentlichen Aufbau und in seiner Funktion dem anhand von Fig. 1 bis 3 erläuterten Schaltventil. Ein Unterschied be­ steht lediglich in der Anordnung und der Ausbildung des ther­ mostatischen Arbeitselementes 89. Für die übrigen bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 bis 3 bereits vorhandenen Bauteile werden die gleichen Bezugsziffern verwendet, so daß auf die vorausgegangene Beschreibung Bezug genommen werden kann. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der Ar­ beitskolben 91 dichtend unter Zwischenfügen eines Dichtungs­ ringes 92 in dem deckelartigen Bauteil 83 gehalten. Bei einer Bestromung des elektrischen Heizelementes, das innerhalb des Gehäuses 92 angeordnet und durch den Arbeitskolben 20 hin­ durch mit elektrischer Energie versorgt wird, wird zwar eben­ falls der Arbeitskolben ausgefahren, jedoch bewegt sich auf­ grund dieser Ausfahrbewegung das Gehäuse 92. Der kolbenartige Schieber 75, der mit dem Austrittsanschluß 74 ein Schieber­ ventil bildet, ist auf dem Gehäuse 92 geführt und wird von diesem mitgenommen.

Claims (4)

1. Kühlsystem für einen mit flüssigem Kühlmittel gekühlten Verbrennungsmotor, der in einem Kreislauf mit einem Kühlmit­ telkühler angeordnet ist, an welchen Kreislauf wenigstens ein Wärmetauscher einer Zusatzeinrichtung mittels eines Schalt­ ventils angeschlossen ist, das ein in zwei Positionen um­ schaltbares Ventilelement enthält, das in einer Position eine Verbindung zwischen dem Kühlmittelkreislauf und dem Wärmetau­ scher der Zusatzeinrichtung sperrt und in der anderen Posi­ tion freigibt, wobei als Schaltelement zum Umschalten des Ventilelementes ein mit einer Rückstellfeder belastetes ther­ mostatisches Arbeitselement vorgesehen ist, das mit dem Kühl­ mittel beaufschlagt und mit einer elektrischen Heizeinrich­ tung versehen ist, und das einen Dehnstoff enthält, der auf eine Schalttemperatur ausgelegt ist, die höher als eine maxi­ male Betriebstemperatur des zu dem thermostatischen Arbeits­ element strömenden Kühlmittels ist, nach Patent 196 06 202, dadurch gekennzeichnet, daß das thermostatische Arbeitselement (79, 89) mit einem Fühlteil mit einer Ventilkammer in Verbindung steht, die mit­ tels des Ventilelementes (75) gegenüber einem zu dem Wärme­ tauscher der Zusatzeinrichtung führenden Austrittsanschluß (74) absperrbar ist und an die ein Zulaufanschluß (73) und ein Rücklaufanschluß (87) für das Kühlmittel anschließen.

2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermostatische Arbeitselement (79, 89) in einem die Ven­ tilkammer deckelartig verschließenden Bauteil (83) unterge­ bracht ist.

3. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das thermostatische Arbeitselement (79) mit einem Führungseinsatz (82), in welchem ein Arbeitskolben (81) ge­ führt ist, in die Ventilkammer hineinragt.

4. Kühlsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (75) als kolbenartiger Schieber gestaltet ist, der auf dem Führungseinsatz (82) des thermostatischen Arbeitselementes (79) geführt ist.