DE202010017837U1

DE202010017837U1 - Thermostatvorrichtung mit schneller Ansprechzeit

Info

Publication number: DE202010017837U1
Application number: DE202010017837U
Authority: DE
Original assignee: Kirpart Otomotiv Parcalari Sanayi ve Ticaret AS
Current assignee: Kirpart Otomotiv Parcalari Sanayi ve Ticaret AS
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2012-11-16
Anticipated expiration: 2020-11-09

Abstract

Thermostatventilanordnung für die Kühlmittelzirkulation eines Verbrennungsmotors, bei der • ein Thermo-Aktuator (1) im Innern des Ventils (3) montiert ist, • eine Dichtung (2) vorgesehen ist, die am Ventil (3) platziert ist und welche die Kühlmittelströmung vom Motorblock zum Kühler in der geschlossenen Position des Ventils (3) blockiert, • ein Rahmen (4) vorgesehen ist, der auf dem Deckel (6) platziert ist, • eine Feder (5) vorgesehen ist, die das Ventil zum Schließen zwingt, wenn die Kühlmitteltemperatur abfällt, und dadurch gekennzeichnet ist, dass • eine Öffnung (9) am Ventil (3) zum Passieren der Kühlmittelströmung vom Motorblock zum Kühler vorgesehen ist, und • dass ein Kühlmitteldurchgang (8) zwischen dem Thermo-Aktuator (1) und dem Ventil (3) vorgesehen ist, so dass das Kühlmittel den Thermo-Aktuator (1) für eine direkte Wärmeübertragung mit schneller Ansprechzeit umgibt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Thermostatvorrichtung für Kühlzirkulationssysteme von Verbrennungsmotoren, um die Kühlmitteltemperatur in einem Bereich der Motorauslegung zu stabilisieren.
Stand der Technik
Bei Verbrennungsmotoren mit Flüssigkeitskühlung wird eine Aufheizung, die durch die Verbrennung von Kraftstoff eintritt, über ein Kühlmittel weitergeleitet, das durch Kanäle im Motorblock und Zylinderkopf zirkuliert. Auf diese Weise kann der Motor in einem geeigneten Temperaturbereich laufen. Heutzutage ist eine Reduzierung der Gesamtemissionen der gesundheitsschädlichen Gase aus Verbrennungsmotoren für die Umwelt eines der größten Entwicklungsanliegen aufgrund von Regulierungen, die die zulässige Emissionsrate Jahr für Jahr reduzieren. In den Phasen, in denen Motoren bei Temperaturen laufen, die sich vom konzipierten Temperaturbereich unterscheiden, stoßen die Motoren gesundheitsschädliche Gase mit hohen Emissionswerten aus. Um einen Motorlauf aufgrund dieser Ursache in einem geeigneten Temperaturbereich zu gewährleisten, verhilft eine Stabilisierung der Kühlmitteltemperatur und Motortemperatur zu einer effizienten Kraftstoffverbrennung und einem reduzierten Freisetzen von gesundheitsschädlichen Gasemissionen. Daher ist eine Stabilisierung der Motortemperatur ein wichtiges Anliegen für Auslegungsstudien zur Reduzierung der gesundheitsschädlichen Emissionsraten.
Wachs-Thermostate sind bei heutigen Motoren die meist verbreitete Lösung, um den Motor in einem geeigneten Temperaturbereich zu halten. Ihre Arbeitsweise basiert auf einer durch einen Temperaturanstieg ausdehnbaren Wachsmasse. Die Wachsmasse ist in das Innere einer Wachskapsel gefüllt und bewegt einen Kolben auf der Oberseite der Wachskapsel, die sich durch eine Temperaturerhöhung ausdehnt, wobei dieser Mechanismus als Thermo-Aktuator (oder Wachs-Aktuator) bezeichnet wird. Diese Ausdehnung bewirkt eine Öffnung eines Ventils, die sich entsprechend der Thermostatauslegung verändert.
Die Verbrennung im Motor bewirkt eine Überhitzung des Motors und demzufolge des Kühlmittels am Thermostat. Die im Inneren eines definierten Volumens im Thermostat zusammengepresste Wachsmasse dehnt sich aus. Die Ausdehnung des Wachses erzeugt eine lineare Bewegung durch einen Kolben. Die lineare Bewegung des Kolbens öffnet ein Ventil, das die Kühlmittelströmung in Richtung zu einem Kühler leitet, um die Kühlmitteltemperatur im System zur Kühlung des Motors zu reduzieren.
Die Wärmeübertragung vom Motor zur Wachsmasse durch das Kühlmittel und die Ausdehnung der Wachsmasse benötigt Zeit, die als Thermostat-Ansprechzeit bezeichnet wird. Während dieser Zeitspanne behält die Motortemperatur ihren ansteigenden Trend bei, da sich das Thermostatventil noch nicht geöffnet hat und das Kühlmittel zur Kühlung nicht zum Kühler strömen lässt. Während dieser Ansprechzeitspanne ist die die Motortemperatur höher als eine geeignete Motorbetriebstemperatur, die Kraftstoffverbrennungseffizienz ist geringer und der Motor muss unter weit höheren als für ihn ausgelegten Temperaturbedingungen laufen.
Am Ende der Ansprechzeit lässt das Thermostatventil das Kühlmittel zum Kühler strömen und das Kühlmittel bewirkt folglich einen Motor-Temperaturabfall in den vorgesehenen Auslegungstemperaturbereich. Wenn die Kühlmitteltemperatur unter die vorgesehene Auslegungstemperatur fällt, beginnt das Thermostatventil aufgrund der Schrumpfung der Wachsmasse sich nach einer Ansprechzeitdauer zurück zur Schließposition zu bewegen. Das Thermostatventil nimmt die Schließposition ein und stoppt die zu erwärmen. Während dieser Ansprechzeitdauer ist die Motortemperatur jedoch niedriger als die geeignete Motorbetriebstemperatur, die Kraftstoffverbrennungseffizienz ist geringer, und der Motor muss mit einer niedrigeren als für ihn ausgelegter Temperatur laufen.
Falls die Kühlmittelströmung nicht in Kontakt mit dem Wachsbehälter des Thermostatventils steht, benötigt die Ansprechzeit des Thermostatventils aufgrund der Verzögerung der Wärmeübertragung eine längere Zeit. Die ansteigende Temperatur erhitzt das Wachs indirekt und verspätet, demzufolge öffnet sich das Thermostatventil spät. Falls die Kühlmitteltemperatur niedriger als der effiziente Motortemperaturbereich ist, fällt die Wachstemperatur im Gegensatz dazu, während das Ventil geöffnet ist, aufgrund der indirekten Wärmeübertragung in gleicher Weise spät ab. Das Ventil schließt spät und bewirkt eine niedrigere Motortemperatur. Mit derartigen Konstruktionen wird ein Halten und Stabilisieren der Motorkühlmitteltemperatur im effizienten Temperaturbereich aufgrund dieser indirekten Wärmeübertragung auf das Wachs des Thermostatventils nicht immer erreicht.
Für eine schnelle Wärmeübertragung zwischen dem Wachs und den Kühlmittel ist in der vorliegenden Erfindung ein Kühlmitteldurchgang, der die Wachskapsel umschließt, und eine kleine Öffnung (ca. 2 mm) vorgesehen, um das Kühlmittel durch diesen Durchgang strömen zu lassen. Auf diese Weise ist die Kühlmittelströmung vom Motorblock immer in Kontakt mit der Wachskapsel und das Wachs wird einer mit der Motorblocktemperatur identischen Temperatur ausgesetzt. Dies stellt sicher, dass die Öffnungs- und Schließbewegungen des Thermostatventils gemäß den momentanen Motorblocktemperaturen erfolgen.
Beschreibung der Figuren:
Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Figuren detailliert beschrieben. Die Figuren sind nur beispielhaft.
Darin zeigt:
1 eine 3D-Ansicht eines Aufbaumodells;
2 eine Querschnittsansicht des Modells (Querschnitt A–A);
3 eine Draufsicht des Modells;
4 eine Querschnittsansicht des Modells (Querschnitt B–B);
5 ein Anwendungsbeispiel der Erfindung: geschlossene Position des Thermostatventils;
6 ein Anwendungsbeispiel der Erfindung: geöffnete Position des Thermostatventils;
7 eine Querschnittsansicht (C–C) der Vorrichtung, die die Kühlflüssigkeitsströmung veranschaulicht;
8 eine Querschnittsansicht (D–D) der Vorrichtung.
Bezugszeichenliste:
Bezugszeichenliste

1: Thermo-Aktuator (umfassend Wachs, Wachskapsel, Kolben)
2: Dichtung
3: Ventil
4: Rahmen
5: Feder
6: Deckel
7: Gehäuse
8: Kühlmitteldurchgang
9: Öffnung

Beschreibung der Erfindung
Eine Wachsmasse ist in das Innere einer Wachskapsel gefüllt und bewegt einen Kolben auf der Oberseite der Wachskapsel, die sich bei Temperaturen ausdehnt, dieser Mechanismus wird als Thermo-Aktuator (1) bezeichnet, wobei die Ausdehnung und Schrumpfung der Wachsmasse im Innern der Kapsel durch die Temperaturänderung eine lineare Bewegung am Kolben des Thermo-Aktuators (1), dessen Oberseite am Gehäuse (7) platziert ist, auf einer vertikalen Achse nach oben oder unten erzeugt. Der Thermo-Aktuator (1) ist zwischen den Stiften im Innern einer Ausnehmung des Ventils (3) montiert, sodass diese sich zusammen bewegen. Die Bewegung des Thermo-Aktuators öffnet oder schließt das Ventil (3). Eine Dichtung (2) ist am Ventil (3) vorgesehen, um die Kühlmittelströmung vom Motorblock zum Kühler zwischen dem Ventil (3) und einem Gehäuse (7) zu blockieren, wenn sich das Ventil in geschlossener Position befindet ( 5).
Das Ventil (3) wird im Innern des Rahmens (4) durch Schienen am Rahmen (4) geführt. Das Ventil (3) führt seine Axialbewegung mit dem Thermo-Aktuator im Innern des Rahmens (4) aus. Der Kolben des Thermo-Aktuators (1) ist am Gehäuse (7) platziert und der Rahmen ist am Deckel (6) (5, 6, 7) platziert.
Bei der vorliegenden Erfindung ist ein Durchgang (8) zwischen dem Thermo-Aktuator (1) und dem Ventil (3) für das Kühlmittel vorgesehen. Die Öffnungen (9) erzeugen eine Strömung, die den Thermo-Aktuator (1) vom Motorblock zum Kühler am Motor kontinuierlich umgibt. Da die Kühlmittelströmung den Thermo-Aktuator (1) kontinuierlich umgibt, wird eine Wärmeübertragung direkt zum Thermo-Aktuator (1) (7) erreicht. Eine ansteigende Kühlmitteltemperatur erhitzt die Wachsmasse im Innern des Thermo-Aktuators (1), die Ausdehnung der Wachsmasse im Innern des Thermo-Aktuators bewegt den Kolben und öffnet das Ventil (3) ohne eine späte Ansprechzeit (6). Die Öffnung des Ventils (3) erzeugt einen Durchgang für das Kühlmittel zwischen dem Ventil (3) und dem Gehäuse (7) zum Kühler vom Motorblock, um das Kühlmittel im Kühler zu kühlen.
Im Falle eines Temperaturabfalls im Kühlmittel verliert die Wachsmasse im Innern der Wachskapsel an Volumen und die Kraft einer Feder (5) schließt das Ventil (3).

Claims

Thermostatventilanordnung für die Kühlmittelzirkulation eines Verbrennungsmotors, bei der • ein Thermo-Aktuator (1) im Innern des Ventils (3) montiert ist, • eine Dichtung (2) vorgesehen ist, die am Ventil (3) platziert ist und welche die Kühlmittelströmung vom Motorblock zum Kühler in der geschlossenen Position des Ventils (3) blockiert, • ein Rahmen (4) vorgesehen ist, der auf dem Deckel (6) platziert ist, • eine Feder (5) vorgesehen ist, die das Ventil zum Schließen zwingt, wenn die Kühlmitteltemperatur abfällt, und dadurch gekennzeichnet ist, dass • eine Öffnung (9) am Ventil (3) zum Passieren der Kühlmittelströmung vom Motorblock zum Kühler vorgesehen ist, und • dass ein Kühlmitteldurchgang (8) zwischen dem Thermo-Aktuator (1) und dem Ventil (3) vorgesehen ist, so dass das Kühlmittel den Thermo-Aktuator (1) für eine direkte Wärmeübertragung mit schneller Ansprechzeit umgibt.