DE202013103743U1

DE202013103743U1 - Proportionalventil

Info

Publication number: DE202013103743U1
Application number: DE201320103743
Authority: DE
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-08-16
Filing date: 2013-08-19
Publication date: 2013-08-29
Anticipated expiration: 2023-08-20

Abstract

Proportionalventil (1) zur bedarfsgerechten Steuerung einer Flüssigkeitskühlung einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf und mindestens einem Zylinderblock, welches als Ventilkörper (1a) eine drehbare Walze (2) mit mindestens einem zur Mantelfläche (2a) der Walze (2) hin offenen Kühlmitteldurchtritt (4a, 4b) und zur drehbaren Lagerung und Aufnahme der Walze (2) ein Ventilgehäuse (1b) mit mindestens einem Kühlmittelkanal (5a, 5b) aufweist, wobei der mindestens eine Kühlmittelkanal (5a, 5b) durch Verstellen der Walze (2) mit dem mindestens einen Kühlmitteldurchtritt (4a, 4b) zumindest verbindbar ist und das Proportionalventil (1) mindestens einen Eingang (7a) und mindestens einen Ausgang (8a, 8b) für Kühlmittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (2) mittels Verstellvorrichtung (6) auch translatorisch verschiebbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Proportionalventil zur bedarfsgerechten Steuerung einer Flüssigkeitskühlung einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf und mindestens einem Zylinderblock, welches als Ventilkörper eine drehbare Walze mit mindestens einem zur Mantelfläche der Walze hin offenen Kühlmitteldurchtritt und zur drehbaren Lagerung und Aufnahme der Walze ein Ventilgehäuse mit mindestens einem Kühlmittelkanal aufweist, wobei der mindestens eine Kühlmittelkanal durch Verstellen der Walze mit dem mindestens einen Kühlmitteldurchtritt zumindest verbindbar ist und das Proportionalventil mindestens einen Eingang und mindestens einen Ausgang für Kühlmittel aufweist.
Ein Proportionalventil der genannten Art wird beispielsweise bei als Kraftfahrzeugantrieb dienenden Brennkraftmaschinen eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Ottomotoren, Dieselmotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren nutzen, und Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die Kühlung einer Brennkraftmaschine in Gestalt einer Luftkühlung oder einer Flüssigkeitskühlung auszuführen. Aufgrund der höheren Wärmekapazität von Flüssigkeiten können mit einer Flüssigkeitskühlung wesentlich größere Wärmemengen abgeführt werden als dies mit einer Luftkühlung möglich ist. Die thermische Belastung der Motoren nimmt stetig zu, weshalb Brennkraftmaschinen nach dem Stand der Technik immer häufiger mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet werden. Dies ist auch dadurch bedingt, dass Brennkraftmaschinen zunehmend häufig aufgeladen und mit dem Ziel eines möglichst dichten Packaging immer mehr Komponenten in den Zylinderkopf bzw. Zylinderblock integriert werden, wodurch die thermische Belastung der Motoren, d. h. der Brennkraftmaschinen, wächst. Zunehmend häufig wird der Abgaskrümmer in den Zylinderkopf integriert, um von einer im Zylinderkopf vorgesehenen Kühlung zu partizipieren und den Krümmer nicht aus thermisch hoch belastbaren Werkstoffen fertigen zu müssen, die kostenintensiv sind.
Die Ausbildung einer Flüssigkeitskühlung erfordert die Ausstattung des Zylinderkopfes mit mindestens einem Kühlmittelmantel, d. h. die Anordnung von das Kühlmittel durch den Zylinderkopf führenden Kühlmittelkanälen. Der mindestens eine Kühlmittelmantel wird einlassseitig via Zuführöffnung mit Kühlmittel versorgt, das nach Durchströmen des Zylinderkopfes auslassseitig den Kühlmittelmantel via Abführöffnung verlässt. Die Wärme muss nicht wie bei einer Luftkühlung erst an die Zylinderkopfoberfläche geleitet werden, um abgeführt zu werden, sondern wird bereits im Inneren des Zylinderkopfes an das Kühlmittel abgegeben. Das Kühlmittel wird dabei mittels einer im Kühlmittelkreislauf angeordneten Pumpe gefördert, so dass es zirkuliert. Die an das Kühlmittel abgegebene Wärme wird auf diese Weise via Abführöffnung aus dem Inneren des Zylinderkopfes abgeführt und dem Kühlmittel außerhalb des Zylinderkopfes wieder entzogen, beispielsweise mittels Wärmetauscher und/oder auf andere Weise.
Wie der Zylinderkopf kann auch der Zylinderblock mit einem oder mehreren Kühlmittelmänteln ausgestattet werden. Der Zylinderkopf ist aber das thermisch höher belastete Bauteil, da der Kopf im Gegensatz zum Zylinderblock mit abgasführenden Leitungen versehen ist und die im Kopf integrierten Brennraumwände länger mit heißen Abgas beaufschlagt sind als die im Zylinderblock vorgesehenen Zylinderrohre. Zudem verfügt der Zylinderkopf über eine geringere Bauteilmasse als der Block.
Als Kühlmittel wird in der Regel ein mit Additiven versetztes Wasser-Glykol-Gemisch verwendet. Wasser hat gegenüber anderen Kühlmitteln den Vorteil, dass es nicht toxisch, leicht verfügbar und kostengünstig ist und zudem über eine sehr hohe Wärmekapazität verfügt, weshalb Wasser sich für den Entzug und die Abfuhr sehr großer Wärmmengen eignet, was grundsätzlich als vorteilhaft angesehen wird.
Zur Ausbildung eines Kühlmittelkreislaufs sind die auslassseitigen Abführöffnungen, aus welchen das Kühlmittel aus den Kühlmittelmänteln austritt, mit den einlassseitigen Zuführöffnungen, die der Versorgung der Kühlmittelmäntel mit Kühlmittel dienen, verbindbar bzw. verbunden, wozu eine Leitung oder mehrere Leitungen vorgesehen werden können. Diese Leitungen müssen keine Leitungen im eigentlichen Sinn sein, sondern können abschnittsweise auch in den Zylinderkopf, Zylinderblock oder ein anderes Bauteil integriert sein. Ein Beispiel für eine derartige Leitung ist eine Rückführleitung, in der ein Wärmetauscher angeordnet ist, um dem Kühlmittel Wärme zu entziehen.
Es ist nicht das Ziel und die Aufgabe einer Flüssigkeitskühlung, der Brennkraftmaschine unter sämtlichen Betriebsbedingungen eine möglichst große Wärmemenge zu entziehen. Vielmehr wird eine bedarfsgerechte Steuerung der Flüssigkeitskühlung angestrebt, die neben der Volllast auch den Betriebsmodi der Brennkraftmaschine Rechnung trägt, in denen es vorteilhafter ist, der Brennkraftmaschine weniger bzw. möglichst wenig Wärme zu entziehen.
Um die Reibleistung und damit den Kraftstoffverbrauch einer Brennkraftmaschine zu reduzieren, kann eine zügige Erwärmung des Motoröls, insbesondere nach einem Kaltstart, zielführend sein. Eine schnelle Erwärmung des Motoröls während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine sorgt für eine entsprechend schnelle Abnahme der Viskosität des Öls und damit für eine Verringerung der Reibung bzw. Reibleistung, insbesondere in den mit Öl versorgten Lagern, beispielsweise den Lagern der Kurbelwelle.
Grundsätzlich kann einer schnellen Erwärmung des Motoröls zur Reduzierung der Reibleistung auch Vorschub geleistet werden durch eine schnelle Aufheizung der Brennkraftmaschine selbst, die wiederum dadurch unterstützt, d. h. forciert, wird, dass der Brennkraftmaschine während der Warmlaufphase möglichst wenig Wärme entzogen wird.
Insofern ist die Warmlaufphase der Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart ein Beispiel für einen Betriebsmodus, in dem es vorteilhaft ist, der Brennkraftmaschine möglichst wenig, vorzugsweise keine Wärme zu entziehen.
Eine Steuerung der Flüssigkeitskühlung, bei der zum Zweck der schnellen Aufheizung der Brennkraftmaschine der Wärmeentzug nach einem Kaltstart vermindert wird, kann durch Einsatz eines selbsttätig temperaturabhängig steuernden Ventils realisiert werden, welches im Stand der Technik häufig auch als Thermostatventil bezeichnet wird. Ein derartiges Thermostatventil weist ein mit Kühlmittel beaufschlagtes temperatur-reaktives Element auf, wobei eine durch das Ventil führende Verbindungsleitung in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur am Element versperrt wird oder – mehr oder weniger – freigegeben wird.
Bei einer Brennkraftmaschine, die sowohl einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf als auch einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderblock aufweist, kann es vorteilhaft sein, den Kühlmitteldurchsatz durch den Zylinderkopf und den Zylinderblock unabhängig voneinander und vorzugsweise stufenlos steuern zu können, insbesondere da die beiden Bauteile thermisch unterschiedlich stark belastet sind und ein unterschiedliches Warmlaufverhalten aufweisen. Diesbezüglich wäre es zielführend, den Kühlmittelstrom durch den Zylinderkopf und den Kühlmittelstrom durch den Zylinderblock jeweils mit einem eigenen Thermostatventil mit unterschiedlichen Öffnungstemperaturen zu steuern. Zu Beginn der Warmlaufphase würde das Kühlmittel nicht fließen, sondern in den Leitungen und dem Kühlmittelmantel des Zylinderkopfes und/oder des Zylinderblocks stehen, wodurch die Erwärmung des Kühlmittels und die Aufheizung der Brennkraftmaschine beschleunigt werden, die Erwärmung des Motoröls vorangetrieben und die Reduzierung der Reibleistung unterstützt werden würde.
Der Einsatz von zwei oder mehr Thermostatventilen erhöht aber die Kosten der Steuerung, den Raumbedarf und das Gewicht. Darüber hinaus wird grundsätzlich eine Steuerung der Flüssigkeitskühlung angestrebt, mit der nicht nur die zirkulierende Kühlmittelmenge bzw. der Kühlmitteldurchsatz nach einem Kaltstart vermindert bzw. unterbunden, sondern vielmehr auf den Wärmehaushalt der Brennkraftmaschine im Allgemeinen Einfluss genommen werden kann.
Aus Komfortgründen kann es, insbesondere nach einem Kaltstart, vorteilhaft bzw. wünschenswert sein, eine kühlmittelbetriebene Fahrzeuginnenraumheizung via Heizkreislaufleitung mit im Zylinderkopf und/oder Zylinderblock vorerwärmtem Kühlmittel zu versorgen. Dabei entsteht ein Zielkonflikt, nämlich einerseits Kühlmittel im Zylinderkopf bzw. Zylinderblock vorzuwärmen, um der Heizung vorerwärmtes Kühlmittel zur Verfügung zu stellen, und andererseits den Kühlmitteldurchsatz durch den Zylinderkopf bzw. Zylinderblock zu unterbinden bzw. zu reduzieren, um der Brennkraftmaschine während der Warmlaufphase möglichst wenig Wärme zu entziehen.
Aus dem Stand der Technik sind des Weiteren Konzepte einer Flüssigkeitskühlung bekannt, bei denen auslassseitig oder einlassseitig ein sogenanntes Proportionalventil vorgesehen ist, wie es Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. Ein solches Proportionalventil kann sowohl den Kühlmittelfluss durch den Zylinderkopf als auch den Kühlmittelfluss durch den Zylinderblock mittels eines einzelnen Ventilkörpers steuern. Es dient der bedarfsgerechten Steuerung der Flüssigkeitskühlung bzw. der bedarfsgerechten Kühlung der Brennkraftmaschine. Die Kosten, das Gewicht und der Raumbedarf der Steuerung verringern sich. Die Anzahl der Bauteile reduziert sich, wodurch sich grundsätzlich die Bereitstellungskosten und die Montagekosten vermindern.
Der Ventilkörper kann beispielsweise – wie auch bei dem erfindungsgemäßen Proportionalventil – als drehbare Walze mit zur Mantelfläche hin offenen Kühlmitteldurchlässen ausgebildet sein. Zur drehbaren Lagerung und Aufnahme der Walze dient ein Ventilgehäuse mit einer entsprechenden Anzahl an Kühlmittelkanälen, die durch Verstellen der Walze mit Kühlmitteldurchlässen zumindest verbindbar sind. Das Proportionalventil weist mindestens einen Eingang zum Eintritt von Kühlmittel und mindestens einen Ausgang zum Austritt von Kühlmittel auf.
Ein beispielsweise mittels Motorsteuerung aktiv gesteuertes Proportionalventil gestattet grundsätzlich eine kennfeldgesteuerte Betätigung und damit auch eine an den momentanen Lastzustand der Brennkraftmaschine angepasste Kühlmitteltemperatur, beispielsweise bei niedrigeren Lasten eine höhere Kühlmitteltemperatur als bei hohen Lasten und damit einen geringeren Wärmentzug im Teillastbetrieb. Durch ein mittels Motorsteuerung gesteuertes Proportionalventil können die Kühlmittelströme durch den Zylinderkopf und den Zylinderblock und damit die entzogenen Wärmemengen bedarfsgerecht eingestellt, d. h. gesteuert werden.
Das Proportionalventil bzw. der dazugehörige Ventilkörper kann unterschiedliche Positionen einnehmen, beispielsweise eine für die Warmlaufphase der Brennkraftmaschine geeignete Position, in der das Kühlmittel durch den Zylinderkopf, aber nicht durch den Zylinderblock strömt. Der thermisch besonders beanspruchte Zylinderkopf würde dabei von Kühlmittel durchströmt und gekühlt. Vorzugsweise kann durch Verstellen der Walze innerhalb dieser Position die Durchflussmenge und damit die dem Zylinderkopf entzogene Wärmemenge eingestellt werden.
Durch Überführen des Proportionalventils in eine andere Position könnte dann zusätzlich der Zylinderblock für das Kühlmittel freigegeben werden und Kühlmittel strömt durch den Zylinderkopf und den Zylinderblock. Vorzugsweise kann durch Verstellen der Walze innerhalb der Position die Durchflussmenge und damit die dem Zylinderblock entzogene Wärmemenge eingestellt werden.
Die beiden vorstehenden Positionen können durch eine Vielzahl anderer Positionen ergänzt oder ersetzt werden, beispielsweise durch eine Position, in der auch die Kühlung des Zylinderkopfes deaktiviert ist, d. h. der Kühlmittelstrom durch den Zylinderkopf vollständig unterbunden wird. Neben den Kühlkreisläufen für den Kopf und/oder den Block können weitere Kühlmittelkreisläufe mittels Proportionalventil gesteuert werden, deren Leitungen dann durch das Proportionalventil hindurchgeführt werden, beispielsweise der Kühlmittelkreislauf einer Ladeluftkühlung, der Kühlmittelkreislauf einer Kühlung einer Abgasrückführung, der Kühlmittelkreislauf einer kühlmittelbetriebenen Fahrzeuginnenraumheizung, der Kühlmittelkreislauf eines kühlmittelbetriebenen Ölkühlers, der Kühlmittelkreislauf eines flüssigkeitsgekühlten Abgasturboladers und/oder der Kühlmittelkreislauf via Rückführleitung bzw. Bypassleitung oder dergleichen.
Ein Proportionalventil optimiert die Steuerung der Kühlung und gestattet grundsätzlich eine Einflussnahme auf den Wärmehaushalt der Brennkraftmaschine in der Warmlaufphase als auch auf den Wärmehaushalt der aufgeheizten Brennkraftmaschine.
Als problematisch erweist sich in der Praxis eine Funktionsstörung bzw. ein Ausfall des Proportionalventils, beispielsweise durch Unterbrechen einer Kabelverbindung zur Motorsteuerung, denn eine solche Funktionsstörung kann zum Ausfall der Flüssigkeitskühlung führen in der Art, dass der Durchfluss von Kühlmittel durch den Zylinderkopf bzw. den Zylinderblock gemindert oder vollständig unterbunden wird, was zu irreversiblen Schäden an der Brennkraftmaschine führen kann.
Des Weiteren erweist es sich als schwierig, den Erfordernissen sämtlicher Kühlmittelkreisläufe mittels eines einzigen Proportionalventils gerecht zu werden, insbesondere gleichzeitig und in vollem Umfang.
Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Proportionalventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, das eine Optimierung der Steuerung der Kühlung gestattet und mit dem eine Vielzahl von Kühlmittelkreisläufen steuerbar ist, wobei den Erfordernissen der verschiedenen Kreisläufe insbesondere gleichzeitig und möglichst umfänglich entsprochen werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Proportionalventil zur bedarfsgerechten Steuerung einer Flüssigkeitskühlung einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf und mindestens einem Zylinderblock, welches als Ventilkörper eine drehbare Walze mit mindestens einem zur Mantelfläche der Walze hin offenen Kühlmitteldurchtritt und zur drehbaren Lagerung und Aufnahme der Walze ein Ventilgehäuse mit mindestens einem Kühlmittelkanal aufweist, wobei der mindestens eine Kühlmittelkanal durch Verstellen der Walze mit dem mindestens einen Kühlmitteldurchtritt zumindest verbindbar ist und das Proportionalventil mindestens einen Eingang und mindestens einen Ausgang für Kühlmittel aufweist, und das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Walze mittels Verstellvorrichtung auch translatorisch verschiebbar ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Proportionalventil werden die Verstellmöglichkeiten erweitert, indem die Walze, die wie bei einem herkömmlichen Proportionalventil verdrehbar ist, zusätzlich auch entlang der Verdrehachse translatorisch verschiebbar ausgeführt wird. Jede mittels Verdrehen realisierte, d. h. eingestellte und einem bestimmten Verdrehwinkel zugeordnete Position eröffnet dabei durch zusätzliches Verschieben der Walze eine Vielzahl weiterer unterschiedlicher Positionen der Walze, so dass sich die Anzahl der möglichen Positionen der Walze um ein Vielfaches erhöht.
Mit dem erfindungsgemäßen Proportionalventil wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich ein Proportionalventil bereitgestellt, das eine Optimierung der Steuerung der Kühlung gestattet und mit dem eine Vielzahl von Kühlmittelkreisläufen steuerbar ist, wobei den Erfordernissen der verschiedenen Kreisläufe insbesondere gleichzeitig und möglichst umfänglich entsprochen werden kann.
Der Durchmesser des mindestens einen Kühlmitteldurchtritts und/oder des mindestens einen Kühlmittelkanals kann dabei größer sein als die längenmäßige Erstreckung, d. h. die Abmessung in Strömungsrichtung quer zum Durchmesser. Der Kühlmitteldurchtritt bzw. Kühlmittelkanal muss keine Leitung bzw. kein Kanal im eigentlichen Sinne sein. So kann es sich bei dem Kühlmitteldurchtritt auch um einen Durchbruch bzw. eine lochartige Bohrung handeln, insbesondere wenn die Walze hohl in der Art einer Hülse ausgeführt ist.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Proportionalventils gemäß den Unteransprüchen werden im Folgenden näher beschrieben. Dabei wird unter anderem deutlich werden, welche Möglichkeiten sich bei der konstruktiven Auslegung der Walze ergeben und wie dies die Vielfältigkeit der Steuerung eines derartigen Proportionalventils erhöht.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Proportionalventils, bei denen als Verstellvorrichtung zum translatorischen Verschieben der Walze ein Aktuator vorgesehen ist, der ein mit Kühlmittel beaufschlagtes temperatur-reaktives Element aufweist, wobei die Walze in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur am Element verschiebbar ist. Das temperatur-reaktive Element kann sich beispielsweise bei steigender Temperatur ausdehnen und bei abnehmender Temperatur wieder zusammenziehen und dabei die Walze translatorisch verschieben. Gegebenenfalls ist ein Rückstellelement wie eine Feder vorzusehen.
Vorliegend wird das Verschieben der Walze selbsttätig gesteuert und durchgeführt und zwar in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur am temperatur-reaktiven Element. Das Verdrehen der Walze erfolgt dann durch einen separaten Antrieb. Die Bewegung der Walze ergibt sich durch Superposition der beiden Bewegungen. Gleiches gilt für die nachstehende Ausführungsform.
Vorteilhaft sind nämlich auch Ausführungsformen des Proportionalventils, bei denen als Verstellvorrichtung zum translatorischen Verschieben der Walze ein mittels Vakuum betätigbarer Aktuator vorgesehen ist, wobei die Walze in Abhängigkeit vom Unterdruck im Vakuum verschiebbar ist. Der Unterdruck, d. h. die mittels Vakuum erzeugte Verschiebekraft, kann dabei gezielt eingestellt bzw. gesteuert werden.
Vorteilhaft sind ebenfalls Ausführungsformen des Proportionalventils, bei denen eine elektrische Verstellvorrichtung zum translatorischen Verschieben der Walze vorgesehen ist. Dabei erfolgt das Verschieben der Walze nicht selbsttätig, sondern gezielt; beispielweise mittels Motorsteuerung.
Vorteilhaft sind daher in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Proportionalventils, bei denen zur Steuerung der Verstellvorrichtung eine Motorsteuerung vorgesehen ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Proportionalventils, bei denen ein Aktuator vorgesehen ist, mittels dem die Walze bei Auftreten einer Fehlfunktion in eine Notlaufposition überführbar ist, vorzugsweise verschiebbar ist.
Als problematisch erweisen sich Funktionsstörungen bzw. ein Ausfall des Proportionalventils, beispielsweise durch Unterbrechen einer Kabelverbindung zur Motorsteuerung oder infolge eines Ausfalls eines Aktuators und/oder des Verdrehantriebs der Walze. Der Durchfluss von Kühlmittel durch einzelne Kreisläufe, insbesondere Komponenten, die eine Kühlung erfordern, wie der Zylinderkopf bzw. der Zylinderblock, könnte gemindert oder vollständig unterbunden wird, falls die Walze sich beim Auftreten der Störung in einer entsprechenden Position befindet. Irreversible Schäden an der Brennkraftmaschine können die Folge sein. Die Notlaufposition stellt vorteilhafterweise eine Mindestkühlung der Brennkraftmaschine sicher.
Der Aktuator, der die Walze beim Auftreten einer Fehlfunktion in die Notlaufposition überführt, kann ein separater Aktuator sein, vorzugsweise ein mechanischer Aktuator, der keine Stromversorgung erfordert.
Vorteilhaft sind aber insbesondere Ausführungsformen des Proportionalventils, bei denen die Verstellvorrichtung oder ein bereits vorhandenes Rückstellelement diese Aufgabe übernimmt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Proportionalventils, bei denen die Walze zumindest abschnittsweise hohl und mindestens zu einem Ende hin offen ausgebildet ist.
Ist die Walze hohl ausgeführt und zu mindestens einem Ende hin offen, kann das Kühlmittel axial, d. h. in Richtung der Verschieberichtung der Walze, dem Proportionalventil zugeführt werden bzw. aus dem Proportionalventil abgeführt werden.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Proportionalventils, bei denen ein offenes Ende der Walze den mindestens einen Eingang des Proportionalventils zumindest mit ausbildet.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang ebenso Ausführungsformen des Proportionalventils, bei denen ein offenes Ende der Walze den mindestens einen Ausgang des Proportionalventils zumindest mit ausbildet.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Proportionalventils, bei denen mindestens ein Kühlmitteldurchtritt der Walze und/oder mindestens ein Kühlmittelkanal des Ventilgehäuses zumindest abschnittsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Vorteilhaft sind insbesondere Ausführungsformen des Proportionalventils, bei denen mindestens ein Kühlmitteldurchtritt der Walze und/oder mindestens ein Kühlmittelkanal des Ventilgehäuses zumindest abschnittsweise einen Querschnitt aufweist, der in Verschieberichtung der Walze eine größere Erstreckung hat als quer zur Verschieberichtung.
Dann kann beispielsweise bei einem festen Verdrehwinkel der Walze durch Verschieben der Walze die Durchflussmenge unter Verwendung des sich in Verschieberichtung ändernden Querschnitts eingestellt, d. h. vergrößert oder verkleinert, werden. Im Vergleich zu einem kreisförmigen Querschnitt ist dabei die Variationsbreite bei der Einstellung der Durchflussmenge größer.
Auf diese Weise lässt sich beispielsweise die Durchflussmenge durch den Zylinderkopf und/oder durch den Zylinderblock und damit die im Rahmen der Kühlung entzogene Wärmemenge einstellen.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen des Proportionalventils, bei denen mindestens ein Kühlmitteldurchtritt der Walze und/oder mindestens ein Kühlmittelkanal des Ventilgehäuses zumindest abschnittsweise einen ellipsenförmigen Querschnitt aufweist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Proportionalventils, bei denen die als Ventilkörper dienende Walze mindestens zwei Kühlmitteldurchtritte und das Ventilgehäuse mindestens zwei Kühlmittelkanäle aufweist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Proportionalventils, bei denen die als Ventilkörper dienende Walze mindestens drei Kühlmitteldurchtritte und das Ventilgehäuse mindestens drei Kühlmittelkanäle aufweist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Proportionalventils, bei denen die als Ventilkörper dienende Walze mindestens vier Kühlmitteldurchtritte und das Ventilgehäuse mindestens vier Kühlmittelkanäle aufweist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen gemäß den 1 und 2 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
1 schematisch und teilweise geschnitten eine erste Ausführungsform eines Proportionalventils, und
2 schematisch und teilweise geschnitten eine zweite Ausführungsform eines Proportionalventils.
1 zeigt schematisch und teilweise geschnitten eine erste Ausführungsform eines Proportionalventils 1 zur bedarfsgerechten Steuerung einer Flüssigkeitskühlung einer Brennkraftmaschine.
Das Proportionalventil 1 umfasst einen Ventilkörper 1a, der in einem Ventilgehäuse 1b drehbar gelagert ist. Das Ventilgehäuse 1b ist als zylinderförmige Hülse 3 ausgebildet. Als Ventilkörper 1a dient eine Walze 2, die abschnittsweise hohl und zu einem ersten Ende 2´ hin offen ausgebildet ist und zwei zur Mantelfläche 2a hin offene Kühlmitteldurchtritte 4a, 4b aufweist. Das Ventilgehäuse 1b, in dem die Walze 2 drehbar gelagert ist, verfügt über zwei Kühlmittelkanäle 5a, 5b, die durch Verstellen der Walze 2 mit den Kühlmitteldurchtritten 4a, 4b verbindbar bzw. verbunden sind.
Die beiden Kühlmittelkanäle 5a, 5b des Ventilgehäuses 1b sowie ein erster Kühlmitteldurchtritt 4a der Walze 2 weisen einen kreisförmigen Querschnitt auf, wohingegen der zweite Kühlmitteldurchtritt 4b der Walze 2 einen Querschnitt aufweist, der in Verschieberichtung der Walze 2 eine größere Erstreckung hat als quer zur Verschieberichtung (Doppelpfeil). Vorliegend weist der zweite Kühlmitteldurchtritt 4b der Walze 2 einen ellipsenförmigen Querschnitt auf.
Das Proportionalventil 1 hat vorliegend einen Eingang 7a für das Kühlmittel, welcher von dem offenen Ende 2´ der Walze 2 mit ausgebildet wird bzw. in das offene Ende 2´ der Walze 2 einmündet. Die beiden Kühlmitteldurchtritte 4a, 4b bzw. Kühlmittelkanäle 5a, 5b führen zu den beiden Ausgängen 8a, 8b des Proportionalventils 1 bzw. bilden diese Ausgänge 8a, 8b mit aus.
Es ist ein Motor 9 als Antrieb 9 zum Verdrehen der Walze 2 vorgesehen, wobei die Walze 2 mittels Verstellvorrichtung 6 auch translatorisch verschiebbar ist. Als Verstellvorrichtung 6 zum translatorischen Verschieben der Walze 2 dient bei der in 1 dargestellten Ausführungsform ein am geschlossenen Ende 2`` der Walze 2 angeordneter Aktuator 6a, welcher ein mit Kühlmittel beaufschlagtes temperatur-reaktives Element aufweist. Die Walze 2 wird in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur am Element verschoben.
2 zeigt schematisch und teilweise geschnitten eine zweite Ausführungsform eines Proportionalventils 1 zur bedarfsgerechten Steuerung einer Flüssigkeitskühlung einer Brennkraftmaschine. Es sollen nur die Unterschiede zu der in 1 dargestellten Ausführungsform erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 1. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführungsform dient bei dem in 2 dargestellten Proportionalventil 1 als Verstellvorrichtung 6 zum translatorischen Verschieben der Walze 2 ein mittels Vakuum betätigbarer Aktuator 6b, der die Walze 2 in Abhängigkeit vom Unterdruck im Vakuum verschiebt. Als Rückstellelement 10 ist eine Feder 10a vorgesehen.
Bezugszeichenliste

1: Proportionalventil
1a: Ventilkörper
1b: Ventilgehäuse
2: Walze
2a: Mantelfläche
2`: offenes Ende
2``: geschlossenes Ende
3: zylinderförmige Hülse
4a: erster Kühlmitteldurchtritt
4b: zweiter kühlmitteldurchtritt
5a: erster Kühlmittelkanal
5b: zweiter Kühlmittelkanal
6: Verstellvorrichtung zum translatorischen Verschieben der Walze
6a: Aktuator mit temperatur-reaktivem Element
6b: mittels Vakuum betätigbarer Aktuator
7a: Eingang des Proportionalventils für Kühlmittel
8a: erster Ausgang des Proportionalventils für Kühlmittel
8b: zweiter Ausgang des Proportionalventils für Kühlmittel
9: Motor, Antrieb zum Verdrehen der Walze
10: Rückstellelement
10a: Feder

Claims

Proportionalventil (1) zur bedarfsgerechten Steuerung einer Flüssigkeitskühlung einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf und mindestens einem Zylinderblock, welches als Ventilkörper (1a) eine drehbare Walze (2) mit mindestens einem zur Mantelfläche (2a) der Walze (2) hin offenen Kühlmitteldurchtritt (4a, 4b) und zur drehbaren Lagerung und Aufnahme der Walze (2) ein Ventilgehäuse (1b) mit mindestens einem Kühlmittelkanal (5a, 5b) aufweist, wobei der mindestens eine Kühlmittelkanal (5a, 5b) durch Verstellen der Walze (2) mit dem mindestens einen Kühlmitteldurchtritt (4a, 4b) zumindest verbindbar ist und das Proportionalventil (1) mindestens einen Eingang (7a) und mindestens einen Ausgang (8a, 8b) für Kühlmittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (2) mittels Verstellvorrichtung (6) auch translatorisch verschiebbar ist.
Proportionalventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Verstellvorrichtung (6) zum translatorischen Verschieben der Walze (2) ein Aktuator (6a) vorgesehen ist, welcher ein mit Kühlmittel beaufschlagtes temperatur-reaktives Element aufweist, wobei die Walze (2) in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur am Element verschiebbar ist.
Proportionalventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Verstellvorrichtung (6) zum translatorischen Verschieben der Walze (2) ein mittels Vakuum betätigbarer Aktuator (6b) vorgesehen ist, wobei die Walze (2) in Abhängigkeit vom Unterdruck im Vakuum verschiebbar ist.
Proportionalventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Verstellvorrichtung (6) zum translatorischen Verschieben der Walze (2) vorgesehen ist.
Proportionalventil (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Verstellvorrichtung (6) eine Motorsteuerung vorgesehen ist.
Proportionalventil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuator vorgesehen ist, mittels dem die Walze (2) bei Auftreten einer Fehlfunktion in eine Notlaufposition, in welcher eine Mindestkühlung der Brennkraftmaschine sichergestellt ist, überführbar ist.
Proportionalventil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (2) zumindest abschnittsweise hohl und mindestens zu einem Ende (2´) hin offen ausgebildet ist.
Proportionalventil (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein offenes Ende (2´) der Walze (2) den mindestens einen Eingang (7a) des Proportionalventils (1) zumindest mit ausbildet.
Proportionalventil (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein offenes Ende (2´) der Walze (2) den mindestens einen Ausgang (8a, 8b) des Proportionalventils (1) zumindest mit ausbildet.
Proportionalventil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kühlmitteldurchtritt (4a, 4b) der Walze (2) und/oder mindestens ein Kühlmittelkanal (5a, 5b) des Ventilgehäuses (1b) zumindest abschnittsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Proportionalventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kühlmitteldurchtritt (4a, 4b) der Walze (2) und/oder mindestens ein Kühlmittelkanal (5a, 5b) des Ventilgehäuses (1b) zumindest abschnittsweise einen Querschnitt aufweist, der in Verschieberichtung der Walze (2) eine größere Erstreckung hat als quer zur Verschieberichtung.
Proportionalventil (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kühlmitteldurchtritt (4a, 4b) der Walze (2) und/oder mindestens ein Kühlmittelkanal (5a, 5b) des Ventilgehäuses (1b) zumindest abschnittsweise einen ellipsenförmigen Querschnitt aufweist.
Proportionalventil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die als Ventilkörper (1a) dienende Walze (2) mindestens zwei Kühlmitteldurchtritte (4a, 4b) und das Ventilgehäuse (1b) mindestens zwei Kühlmittelkanäle (5a, 5b) aufweist.
Proportionalventil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die als Ventilkörper (1a) dienende Walze (2) mindestens drei Kühlmitteldurchtritte (4a, 4b) und das Ventilgehäuse (1b) mindestens drei Kühlmittelkanäle (5a, 5b) aufweist.
Proportionalventil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die als Ventilkörper (1a) dienende Walze (2) mindestens vier Kühlmitteldurchtritte (4a, 4b) und das Ventilgehäuse (1b) mindestens vier Kühlmittelkanäle (5a, 5b) aufweist.