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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen das Gebiet von Thermostat-Aufbauten zur Steuerung eines Fluid-Stroms durch eine Öffnung.
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HINTERGRUND
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Thermostate werden häufig zur Steuerung der Zirkulation von Kühlmitteln in Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt. Thermostate umfassen gewöhnlich Ventile mit einem geschlossenen Körper, der ein thermisch ausdehnbares Material, wie Wachs, enthält. Eine Feder ist vorgesehen, um das Ventil in eine geschlossene Position zu bringen, so dass bei dem Ruhe- oder gekühlten Zustand das Ventil normalerweise geschlossen ist. Wird daher der Motor erstmals gestartet, ist das Ventil geschlossen, wodurch lediglich eine Umlaufzirkulation des Kühlfluids zwischen Motor und dem Thermostat ermöglicht wird, wodurch bewirkt wird, dass der Motor seine optimale Betriebstemperatur schneller erreicht.
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Sobald die Motortemperatur ansteigt, steigt die Temperatur des Umlaufzirkulations-Fluids an, wodurch das Wachs in dem Ventilkörper schmilzt und sich ausdehnt, und in der Folge ein Kolben herausgeschoben wird. Als Ergebnis bewirkt der herausgeschobene Kolben eine Versetzung des Ventils von dem Ventilsitz, wodurch ein Kühlfluid-Strom von einem Kühler zu dem Motor ermöglicht wird. Wenn die Motortemperatur fällt, dann sinkt die Wachs-Temperatur, das Ventil schließt, und eine Rückkehr zu lediglich der Umlaufzirkulation erfolgt.
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Es besteht ein nicht erfüllter Bedarf nach einer Vorrichtung, mit der das Öffnen und Schließen des Ventils bei Bedarf verfeinert werden kann, um eine geringere und/oder höhere Beginn-der-Öffnungs-(STO) Temperatur zu erhalten.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Thermostat-Ventil-Aufbauten mit einem Ventilsitz, der mit einem Steuer-Kolben verbunden ist, welcher ausgestaltet ist, die Sitzposition des Ventils zu steuern, und als eine Folge davon, die Beginn-der-Öffnung (STO) Temperatur des Ventils zu steuern.
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Bei Thermostaten des Standes der Technik ist es gewöhnlich erforderlich, dass der Motortechniker eine optimale Motortemperatur bestimmt, indem die Eigenschaften des Wachses, der Feder, die das Ventil geschlossen hält und/oder weiterer Parameter, die die STO-Temperatur des Ventils beeinflussen, bestimmt werden. Häufig besteht jedoch ein Bedarf nach einer Modifizierung der STO-Temperatur durch den Nutzer. So erlaubt beispielsweise ein Motor, der bei höherer Temperatur arbeitet, eine vollständigere Brennstoffverbrennung und dadurch geringere Emissionen. Darüber hinaus verbessert eine höhere Betriebstemperatur den Kraftstoffverbrauch. Andererseits liefert ein heißer laufender Motor weniger Leistung. Jede einzelne optimale Motortemperatur ist daher ein Kompromiss zwischen Leistung, Kraftstoffverbrauch und Emissionen.
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Das hier offenbarte Thermostat ermöglicht vorteilhafterweise eine Einstellung der STO-Temperatur. So ermöglicht beispielsweise das Thermostat eine Absenkung der Position des Ventilssitzes, wodurch eine Vorbelastung des Ventils erhöht und, als ein Ergebnis davon, eine Erhöhung der STO-Temperatur erreicht wird. Dies kann insbesondere am Anfang eines Betriebs und/oder bei niedrigen Umgebungstemperaturen nützlich sein, da unnötiges Kühlen eines kalten Motors verhindert wird, wodurch der Kraftstoffverbrauch verbessert und auch die Verschmutzung reduziert wird.
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In vergleichbarer Art und Weise ermöglicht der hier offenbarte Thermostat eine Erhöhung der Position des Ventilssitzes, wodurch die STO-Temperatur des Ventils aufgehoben wird, da sich das Ventil unbeachtlich der Temperatur öffnet, und/oder die STO-Temperatur des Ventils abgesenkt wird. Dies ermöglicht, dass das Kühlmittel durch den Motor bei einer tieferen Temperatur strömt, wodurch die Motortemperatur abgesenkt und eine kältere Motortemperatur für Hochleistungs-Turboanwendungen beibehalten wird.
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Die Ventilsitz-Position kann vorteilhafterweise abgesenkt werden, indem eine Kraft auf die Flansch des Ventils ausgeübt wird, wodurch die Kraft reduziert wird, die zur Erhöhung der Vorbelastung einer Ventilfeder erforderlich ist. Dies ermöglicht der hier offenbarte Thermostat, um eine vergleichbare Größe wie Standard-Thermostat-Aufbauten beizubehalten, und erleichtert vorteilhafterweise einen Ersatz des Standard-Thermostat-Aufbaus mit dem einstellbaren Ventilsitz-Thermostat ohne zusätzliche Einstellungen oder Modifikationen des Motors erforderlich zu machen.
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Gemäß einigen Ausführungsformen, wird ein Thermostat zum Steuern eines Kühlfluidstroms durch eine Öffnung bereitgestellt.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Thermostat ein Temperatur-empfindliches Ventil zum Steuern des Öffnens und Schließens der Öffnung umfassen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Temperatur-empfindliche Ventil einen Ventilkörper mit einem Wärme-sensitiven Material und einem versetzbaren Stift umfassen. Gemäß einigen Ausführungsformen, kann der versetzbare Stift mindestens teilweise in dem Ventilkörper und dem Wärme-sensitiven Material inseriert sein. Gemäß einigen Ausführungsformen, kann das Ventil eine Flansch umfassen, die ausgestaltet ist, das Temperatur-empfindliche Ventil von einem oberen Enden davon abzugrenzen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Flansch ausgestaltet sein, die Öffnung zu versiegeln, wenn das Temperatur-empfindliche Ventil geschlossen ist. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Ventil ein Trägerelement umfassen, das ausgestaltet ist, das Temperatur-empfindliche Ventil von einem Boden-Ende davon abzugrenzen.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Thermostat ein flexibles Element umfassen, das zwischen der Flansch und dem Trägerelement angeordnet ist. Gemäß einigen Ausführungsformen wird der versetzbare Stift, wenn das Wärme-sensitive Material erhitzt wird, mindestens teilweise aus dem Ventilkörper herausgeschoben, wodurch eine Kompressionskraft auf das flexible Element ausgeübt wird. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Kompressionskraft das Öffnen des Ventils bewirken, wodurch ein Kühlfluid-Strom aus einem Kühler durch die Öffnung ermöglicht wird.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Thermostat ein Ventilsitz umfassen, der im Umfang an der Flansch angeordnet ist, worin die Flansch ausgestaltet ist, den Ventilsitz abzudichten.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Thermostat einen Steuer-Kolben umfassen, der mit dem Ventilsitz assoziiert ist, worin der Steuer-Kolben ausgestaltet ist, zwischen einer Normal-Position, einer abgesenkten Position und einer erhöhten Position zu schalten, wodurch eine Position des Ventilssitzes in dem Thermostat gesteuert wird. Gemäß einigen Ausführungsformen übt der Ventilsitz, wenn sich der Steuer-Kolben an der abgesenkten Position befindet, eine Kompressionskraft auf einen äußeren Umfang der Flansch aus, und anschließend auf das flexible Element.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Ventilsitz die Kompressionskraft auf eine obere Seite der Flansch ausüben, so dass sich die Flansch nach unten auf das Trägerelement zu bewegt, wodurch eine Kompression des flexiblen Elements bewirkt wird.
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Gemäß einigen Ausführungsformen ist die Beginn-der-Öffnungs-(STO)-Temperatur, die zur Versetzung des Ventils von dem Ventilsitz erforderlich ist, höher, wenn sich der Kolben in seiner abgesenkten Position befindet, verglichen mit wenn sich der Kolben in seiner Normal-Position befindet.
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Gemäß einigen Ausführungsformen ist, wenn sich der Kolben in der erhöhten Position befindet, der Ventilsitz relativ zu der Flansch erhöht, wodurch die Öffnung ohne Ausüben einer Kompressionskraft auf das flexibles Element geöffnet wird.
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Gemäß einigen Ausführungsformen ist, wenn sich der Kolben in seiner erhöhten Position befindet, eine STO-Temperatur des Temperatur-empfindlichen Ventils verglichen mit wenn sich der Kolben in seiner Normal-Position befindet, kleiner.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Thermostat weiter ein zweites flexibles Element umfassen. Gemäß einigen Ausführungsformen bleibt, wenn der Kolben von der Normal-Position in die abgesenkte Position geschaltet wird, das zweite flexible Element im Gleichgewicht. Gemäß einigen Ausführungsformen wird, wenn der Kolben von der Normal-Position zu der erhöhten Position geschaltet wird, eine Kompressionskraft auf das zweite flexible Element ausgeübt.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Position des Trägerelements fixiert sein. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Ventilsitz mit dem Temperatur-empfindlichen Ventil funktional verbunden sein.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann das flexible Element eine Feder sein.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Wärme-sensitive Material Wachs beinhalten.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Temperatur-empfindliche Ventil ein Ventil mit linearen Eigenschaften sein.
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Gemäß einigen Ausführungsformen wird ein Thermostatsystem zum Steuern einer Temperatur eines Motors bereitgestellt.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann das System einen Kühler umfassen, der ausgestaltet ist, ein Kühlfluid zu kühlen.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann das System ein Temperatur-empfindliches Ventil zum Steuern des Öffnens und Schliessens der Öffnung umfassen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Temperatur-empfindliche Ventil einen Ventilkörper mit einem Wärme-sensitiven Material und einem versetzbaren Stift umfassen; worin der versetzbare Stift mindestens teilweise in das Wärme-sensitive Material inseriert ist. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Temperatur-empfindliche Ventil eine Flansch umfassen, die ausgestaltet ist das Temperatur-empfindliche Ventil von einem oberen Ende davon abzugrenzen, worin die Flansch ausgestaltet ist, die Öffnung abzudichten, wenn das Temperatur-empfindliche Ventil geschlossen ist. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Temperatur-empfindliche Ventil ein Trägerelement umfassen, ausgestaltet ist, das Temperatur-empfindliche Ventil von einem unteren Ende davon abzugrenzen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Temperatur-empfindliche Ventil ein flexibles Element umfassen, das zwischen der Flansch und dem Trägerelement angeordnet ist. Gemäß einigen Ausführungsformen wird, wenn das Wärme-sensitive Material erhitzt wird, der versetzbare Stift mindestens teilweise aus dem Ventilkörper herausgeschoben, wodurch eine Kompressionskraft auf das flexibles Element ausgeübt wird, worin die Kompressionskraft das Ventil öffnet, wodurch ermöglicht wird, dass ein Kühlfluid-Strom aus dem Kühler durch die Öffnung strömt.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann das System einen Ventilsitz umfassen, der am Umfang an der Flansch angeordnet ist, worin die Flansch ausgestaltet ist, gegen den Ventilsitz abzudichten.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann das System einen Steuer-Kolben umfassen, der mit dem Ventilsitz assoziiert ist, worin der Steuer-Kolben ausgestaltet ist, zwischen einer Normal-Position, einer abgesenkten Position und einer erhöhten Position zu schalten, wodurch die Position des Ventilsitzes in dem Thermostat gesteuert wird. Gemäß einigen Ausführungsformen übt, wenn sich der Steuer-Kolben in der abgesenkten Position befindet, der Ventilsitz eine Kompressionskraft auf einen äußeren Umfang der Flansch aus, und anschließend auf das flexible Element.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann das System eine Umlaufzirkulation aufweisen, die ausgestaltet ist, das Kühlfluid zwischen dem Motor und dem Thermostat zu zirkulieren.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann das System eine Pumpe umfassen, die ausgestaltet ist, Kühlfluid von dem Thermostat zu dem Motor zu pumpen.
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Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können einige, alle, oder keine der vorstehend gezeigten Vorteile aufweisen. Ein oder mehrere technische Vorteile können dem Fachmann aus den Figuren, der Beschreibung und den Ansprüchen schnell klar werden. Darüber hinaus wurden bestimmte Vorteile vorstehend aufgeführt, worin verschiedene Ausführungsformen alle, einige oder keine der aufgeführten Vorteile umfassen können.
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Figurenliste
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Beispiele für Ausführungsformen werden nachstehend mit Bezug zu den anliegenden Figuren beschrieben. In den Figuren werden identische Strukturen, Element oder Teile, die in mehr als einer Figur auftreten, im Allgemeinen in allen Figuren, in denen sie vorkommen, mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Alternativ können Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur auftreten, mit unterschiedlichen Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren, in denen sie vorkommen, bezeichnet werden. Abmessungen von in den Figuren gezeigten Komponenten und Merkmalen werden im Allgemeinen im Hinblick auf die Zweckmäßigkeit und Klarheit der Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren sind nachstehend aufgeführt.
- 1A zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor, welcher eine Vorrichtung umfasst, die ausgestaltet ist, den Kühlfluidstrom aus einem Kühler zu einem Motor, gemäß einigen Ausführungsformen zu steuern;
- 1 B zeigt ein erläuterndes Betriebsschema einer Vorrichtung, die ausgestaltet ist, den Kühlfluidstrom aus einem Kühler zu einem Motor gemäß einigen Ausführungsformen zu steuern;
- 2A zeigt schematisch einen Querschnitt einer Vorrichtung, die ausgestaltet ist, den Kühlfluidstrom aus einem Kühler zu einem Motor in dessen geschlossenen Betriebsmodus zu steuern, worin die Vorrichtung ein Thermostat mit einem einstellbaren Ventilsitz in dessen Normal-Position gemäß einigen Ausführungsformen umfasst;
- 2B zeigt schematisch eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung, die ausgestaltet ist, den Kühlfluidstrom aus einem Kühler zu einem Motor in dessen offenen Betriebsmodus zu steuern, worin die Vorrichtung ein Thermostat mit einem einstellbaren Ventilsitz in dessen Normal-Position gemäß einigen Ausführungsformen umfasst;
- 2C zeigt schematisch eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung, die ausgestaltet ist, den Kühlfluidstrom aus einem Kühler zu einem Motor in dessen geschlossen Betriebsmodus zu steuern, worin die Vorrichtung ein Thermostat mit einem einstellbaren Ventilsitz in dessen abgesenkter Position gemäß einigen Ausführungsformen umfasst;
- 2D zeigt schematisch eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung, die ausgestaltet ist, den Kühlfluidstroms aus einem Kühler zu einem Motor in dessen offenen Betriebsmodus zu steuern, worin die Vorrichtung ein Thermostat mit einem einstellbaren Ventilsitz in dessen abgesenkter Position gemäß einigen Ausführungsformen umfasst;
- 2E zeigt schematisch eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung, die ausgestaltet ist, den Kühlfluidstrom aus einem Kühler zu einem Motor in dessen offenen Betriebsmodus zu steuern, worin die Vorrichtung ein Thermostat mit einem einstellbaren Ventilsitz in dessen erhöhter Position gemäß einigen Ausführungsformen umfasst.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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In der folgenden Beschreibung werden, verschiedene Aspekte der Offenbarung beschrieben. Zur Erläuterung werden spezifische Konfigurationen und Details beschrieben, um ein vollständiges Verständnis der verschiedenen Aspekte der Offenbarung zu vermitteln. Dem Fachmann wird jedoch klar sein, dass die Offenbarung ohne die hier beschriebenen spezifischen Details in die Praxis umgesetzt werden kann. Darüber hinaus können wohlbekannte Merkmale weggelassen oder vereinfacht werden, um die Offenbarung nicht zu beeinträchtigen.
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Die vorliegende Erfindung liefert ein Thermostat zum Steuern einer Temperatur eines Motors durch Steuern eines Kühlfluidstroms aus einem Wärmetauscher, wie einem Kühler, zu dem Motor. Das Thermostat umfasst ein Temperatur-empfindliches Ventil zum Steuern des Öffnens und Schliessens einer Öffnung, durch die das durch den Kühler gekühlte Kühlfluid in das Thermostat und anschließend in den Motor gelangen kann.
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Das Thermostat umfasst weitern einen Ventilsitz, der direkt oder indirekt mit einem Steuer-Kolben verbunden ist, der ausgestaltet ist, die Position des Ventilsitzes zu steuern und dadurch eine Vorbelastung auf das Ventil auszuüben. Gemäß einigen Ausführungsformen, kann der Ventilsitz funktional mit dem Temperatur-empfindlichen Ventil verbunden sein. Wie hier verwendet können die Begriffe „Öffnung“ und „Ventil-Öffnen“ austauschbar verwendet werden und können sich auf den engsten Punkt beziehen, durch den das Fluid zu jeder Zeit strömt.
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Wie hier verwendet kann der Ausdruck „Ventilsitz“ jeden Teil des Thermostats bezeichnen, gegen das das Temperatur-empfindliche Ventil abdichtet.
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Wie hier verwendet kann der Ausdruck „Steuer-Kolben“ einen Mechanismus bezeichnen, der ausgestaltet ist, die Position des Sitzes in dem Thermostat zu steuern. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Steuer-Kolben ein hydraulisch aktivierter Kolben sein. Gemäß anderen Ausführungsformen kann der Steuer-Kolben ein mechanisch oder ein elektromechanisch aktivierter Kolben sein.
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Wie hier verwendet kann der Ausdruck „Vorbelastung“ ein Maß an Kompression und/oder Dehnung der Feder bezeichnen, die nicht mit der Motortemperatur assoziiert ist.
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Durch Variieren der Ventilsitz-Position ermöglicht der hier offenbarte Thermostat ein Kühlen des Motors, durch Öffnen des Ventils entweder bei einer bestimmten Motortemperatur und/oder bei einer Motortemperatur, die durch die gegenwärtige Motor-Anforderung bestimmt wird. Das Thermostat ist weiter ausgestaltet, ein Kühlen des Motors bei der bestimmten Motortemperatur und/oder bei der durch die gegenwärtige Motor-Anforderung bestimmten Motortemperatur zu beenden. Das hier offenbarte Thermostat ermöglicht somit eine genauere Steuerung der Motortemperatur, welche wiederum eine verbesserte Kraftstoffnutzung und/oder Motorleistung in Abhängigkeit von der Motor-Anforderung erlaubt.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann der hier offenbarte Thermostat ausgestaltet sein, eine Erhöhung der bestimmten Beginn-der-Öffnungs-(STO) Temperatur des Ventils zu erleichtern, wodurch die Motortemperatur und Kraftstoffnutzung gesteigert wird. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der hier offenbarte Thermostat ausgestaltet sein, eine Absenkung der Beginn-der-Öffnungs-(STO)-Temperatur des Ventils zu erleichtern, wodurch die Motorleistung gesteigert wird.
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Der Ausdruck „Beginn-der-Öffnungs-(STO)-Temperatur“, bezeichnet, wie verwendet, einen Temperaturbereich, bei dem das Thermostat-Ventil ausgestaltet ist, sich zu öffnen und einen Strom Kühlfluid aus dem Kühler zu dem Motor zu ermöglichen. Wie hier verwendet, bezeichnet der Ausdruck „bestimmte STO-Temperatur“ die vom Hersteller Voreingestellte.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Thermostat ein typisches Thermostat sein, einschließlich ein Temperatur-empfindliches Ventil zum Sperren und Freisetzen des Kühlfluid-Stroms aus einem Wärme-Tauscher. Das Temperatur-empfindliche Ventil umfasst einen versetzbaren und/oder thermisch betätigten Stift, der ausgestaltet ist, so dass sich das Ventil in Antwort auf einen Anstieg der Temperatur des Kühlfluids öffnet. Das Temperatur-empfindliche Ventil umfasst weiter eine Feder, die ausgestaltet ist, auf das Temperatur-empfindliche Ventil Druck auszuüben, so dass dem Öffnen des Ventils ein Widerstand entgegengesetzt wird und/oder so dass ein Schliessen des Ventils bewirkt wird, wenn die Temperatur des Kühlfluids abnimmt.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Temperatur-empfindliche Ventil bestimmte inhärente Strömungseigenschaften aufweisen, welche das Verhältnis zwischen dem Öffnen des Ventils und der Strömungsrate bei konstanten Druckbedingungen definieren. Es ist klar, dass das Verhältnis zwischen der Strömungsrate und dem Öffnungs-Durchgangsbereich direkt proportional ist. Verschiedene Ventil-Eigenschaften können jedoch unterschiedliche Ventilöffnungen für den gleichen Durchgangsbereich ergeben. Die körperliche Form des Ventils und der Sitzanordnung, die manchmal als die Ventil-„Trimmung“ bezeichnet wird bewirkt einen Unterschied in der Ventilöffnung zwischen diesen Ventilen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Ventil bemessen und geformt sein, die Strömungseigenschaften des Kühlfluids durch die Öffnung zu verbessern.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Ventil ein Schnellöffnungs-Ventil sein. Wie hier verwendet bezeichnet der Ausdruck „Schnellöffnung-Ventil“ ein Ventil, bei dem ein kleines Anheben des Ventils aus der geschlossenen Position zu einer großen Änderung der Strömungsrate führt. Als nicht-beschränkendes Beispiel kann ein Anheben des Ventils um 50% zu einem Durchgangsöffnungs-Bereich und einer Strömungsrate von bis zu 90% des maximalen Potentials führen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Schnellöffnung-Ventil eine Form einer umgedrehten flachen Schale aufweisen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Schnellöffnung-Ventil, dessen Flansch und/oder Deckels mindestens teilwiese eine konvexe Form aufweisen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Flansch und/ oder der Deckel eines Ventils mit linearen Eigenschaften mindestens teilweise eine konvexe Form aufweisen.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Ventil ein Ventil mit linearen Eigenschaften sein. Wie hier verwendet bezeichnet der Ausdruck „Ventil mit linearen Eigenschaften“ ein Ventil mit einer Strömungsrate, die bei einem konstanten Differentialdruck direkt proportional zu dem Anheben des Ventils ist. Bei einem linearen Ventil wird dies durch ein lineares Verhältnis zwischen dem Anheben des Ventils und dem Öffnungsdurchgangs-Bereich erreicht. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Ventil mit linearen Eigenschaften die Form einer Kuppel aufweisen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Flansch und/ oder der Deckel eines Ventils mit linearen Eigenschaften mindestens teilweise eine konkave Form aufweisen.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Ventil ein logarithmisches Ventil sein. Wie hier verwendet bezeichnet der Ausdruck „logarithmisches Ventil“ ein Ventil, bei dem jede Erhöhung der Ventil-Anhebung die Strömungsrate um einen bestimmten Prozentsatz des vorhergehenden Stroms erhöht. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Flansch und/ oder der Deckel eines Ventils mit logarithmischen Eigenschaften mindestens teilweise eine konkave Form aufweisen.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Temperatur-empfindliche Ventil einen Ventilkörper mit einem Wärme-sensitiven Material und einem versetzbare Stift enthalten. Gemäß einigen Ausführungsformen, kann der versetzbare Stift mindestens teilweise in dem Ventilkörper und dem Wärme-sensitiven Material inseriert sein. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Wärme-sensitive Material ein Wachs sein. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Wärme-sensitive Material ausgestaltet sein bei einer Temperatur im Bereich von 90°C-95°C, im Bereich von 91°C-94°C oder im Bereich von 91°C-93°C zu schmelzen oder sich zu expandieren. Jede Möglichkeit ist eine separate Ausführungsform.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Ventil eine Flansch umfassen, die ausgestaltet ist, das Temperatur-empfindliche Ventil von einem oberen Ende davon abzugrenzen.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Flansch einen oberen Deckel umfassen.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Flansch die Form einer Scheibe aufweisen.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Flansch im Wesentlichen flach sein.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Flansch im Wesentlichen kuppelförmig sein. Gemäß einigen Ausführungsformen kann mindestens ein Teil der Flansch eine konkave Form aufweisen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Flansch eine Größe und Form aufwiesen, die ausgestaltet ist, die Strömungseigenschaften des Kühlfluids durch die Öffnung zu verbessern. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Flansch bemessen und geformt sein einen allmählichen Anstieg des Kühlfluid-Stroms durch die Öffnung aus der Öffnung des Ventils heraus zu steuern. Gemäß einigen Ausführungsformen, die Flansch bemessen und geformt sein, einen plötzlichen Kühlfluid-Strom durch die Öffnung zu verhindern.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Temperatur-empfindliche Ventil ein Trägerelement umfassen, das ausgestaltet ist, das Temperatur-empfindliche Ventil an einem unteren Ende davon zu begrenzen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Trägerelement eine Brücke sein. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Trägerelement in dem Thermostat fixiert sein, wodurch eine nach unten gerichtete Bewegung der Flansch verhindert wird.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Temperatur-empfindliche Ventil ein flexibles Element umfassen, das zwischen der Flansch und dem Trägerelement angeordnet ist. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das flexible Element eine Feder sein. Gemäß einigen Ausführungsformen, kann die Feder eine Federkonstante im Bereich von 100-300 Newton/Meter, 150-250 Newton/Meter, 175-225 Newton/Meter aufweisen. Jede Möglichkeit ist eine separate Ausführungsform. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Feder eine Federkonstante von 200 Newton/Meter aufweisen.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann, wenn das Wärme-sensitive Material erhitzt wird, der versetzbare Stift mindestens teilweise aus dem Ventilkörper geschoben werden.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann der versetzbare Stift, wenn er aus dem Ventilkörper geschoben wird, in eine Niche gelangen, die in dem Thermostat ausgebildet und, die ausgestaltet ist, einer Versetzung des versetzbaren Stifts entgegenzuwirken, wodurch eine Kompressionskraft auf das flexible Element ausgeübt wird. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die auf das flexible Element ausgeübte Kompressionskraft das Temperatur-empfindliche Ventil von dem Ventilsitz allmählich versetzen, wodurch eine Kühlfluid-Strom aus einem Kühler durch die Öffnung ermöglicht wird.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Kühlfluid in einer Umlaufzirkulation zwischen dem Motor und dem Thermostat strömen, wenn das Ventil die Öffnung verschließt.
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Gemäß einigen Ausführungsformen strömt das Kühlfluid, wenn das Ventil von dem Ventilsitz versetzt wird, durch einen Wärme-Tauscher, wie einen Kühler, wo dieses vor Rückzirkulation zu dem Motor gekühlt wird.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Steuer-Kolben des Thermostats ausgestaltet sein, zwischen mindestens einer Normal-Position, einer abgesenkten Position und einer erhöhten Position umzuschalten. Wie hier verwendet bezeichnet der Ausdruck „Normal-Position“ einen Zustand, in dem der Steuer-Kolben, und daher der Ventilsitz, derart positioniert ist, dass die STO-Temperatur des Ventils eine bestimmte, durch den Hersteller definierte STO-Temperatur aufweist.
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Gemäß einigen Ausführungsformen ist, wenn sich der Steuer-Kolben, und daher der Ventilsitz in seiner Normal-Position befindet, die STO-Temperatur des Ventils 92 °C. Gemäß einigen Ausführungsformen wird, wenn sich der Steuer-Kolben, und daher der Ventilsitz in seiner Normal-Position befindet, keine Kompressionskraft auf das flexible Element ausgeübt.
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Gemäß einigen Ausführungsformen wird, wenn der Steuer-Kolben auf eine abgesenkte Position gebracht wird, der Ventilsitz ebenfalls abgesenkt, wodurch eine Kompressionskraft auf die Flansch ausgeübt wird, und anschließend auf das flexibles Element, ohne das Ventil von der Öffnung zu versetzen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Ventilsitz die Kompressionskraft auf eine obere Seite der Flansch ausüben, so dass sich die Flansch nach unten auf das Trägerelement bewegt und daher eine Kompression des flexiblen Elements bewirkt.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Ventilsitz die Kompressionskraft auf einen äußeren Umfang der Flansch ausüben. Es ist dem Fachmann klar, dass durch Ausüben der Kraft auf einen äußeren Umfang der Flansch, die zur Bewirkung der Kompression der Feder erforderliche Kraft und daher die Kraft zur Erhöhung der Vorspannung der Feder verringert wird, im Vergleich zu der zur Kompression der Feder erforderlichen Kraft, wenn die Kraft direkt auf die Feder ausgeübt wird. Gemäß einigen Ausführungsformen, ist die zur Versetzung des Ventils von der Öffnung erforderliche Beginn-der-Öffnungs-(STO) Temperatur aufgrund der Erhöhung der Vorspannung der Feder höher, wenn der Steuer-Kolben und daher der Ventilsitz in seiner abgesenkten Position ist, im Vergleich zu wenn der Steuer-Kolben, und daher der Ventilsitz, in seiner Normal-Position ist.
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Gemäß einigen Ausführungsformen ist, wenn der Steuer-Kolben in seine erhöhte Position angehoben wird, der Ventilsitz relativ zu der Flansch angehoben, wodurch die Öffnung ohne Ausüben einer Kompressionskraft (oder Ausüben lediglich einer Normal-Kompressionskraft) auf das flexible Element geöffnet wird. Gemäß einigen Ausführungsformen kann ein Anheben des Steuer-Kolbens in dessen erhöhte Position dazu dienen die bestimmte STO-Temperatur zu übersteuern. Gemäß einigen Ausführungsformen ist, wenn der Steuer-Kolben in seine erhöhte Position angehoben wird, die STO-Temperatur des Temperatur-empfindlichen Ventils kleiner, im Vergleich zu wenn sich der Kolben in seiner Normal-Position befindet.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Thermostat weiter ein zweites flexibles Element umfassen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das zweite flexible Element eine Feder sein. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das zweite flexible Element funktional mit dem Steuer-Kolben verbunden sein. Gemäß einigen Ausführungsformen verbleibt, wenn der Kolben von seiner Normal-Position zu seiner abgesenkten Position geschaltet wird, das zweite flexible Element im Gleichgewicht und keine Kraft wird darauf ausgeübt.
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Wie hier verwendet bezeichnet der Ausdruck „Gleichgewicht“ einen Zustand, in dem sich das flexible Element in der entspannten Form befindet, d.h. nicht gedehnt oder komprimiert.
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Gemäß einigen Ausführungsformen wird, wenn der Steuer-Kolben von seiner Normal-Position in dessen erhöhte Position geschaltet wird, eine Kompressionskraft auf das zweite flexible Element ausgeübt. Gemäß einigen Ausführungsformen kehrt, wenn der Steuer-Kolben deaktiviert wird, so dass die Kompressionskraft auf das zweite flexible Element abgebaut wird, der Steuer-Kolben und daher der Ventilsitz in seine Normal-Position zurück.
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In 1A wird schematisch ein Verbrennungsmotor 10 einschließlich einer Vorrichtung 100 gezeigt, die ausgestaltet ist, Kühlfluidströme gemäß einigen Ausführungsformen zu dem Verbrennungsmotor 10 zu steuern. Die Vorrichtung 100 umfasst ein Thermostat 110, das ausgestaltet ist, den Kühlfluid-Strom aus einem Kühler, durch eine Kühlerleitung 150 zu dem Motor 10 durch die Motorleitung 180 zu steuern. Die Vorrichtung 100 kann weiter ausgestaltet sein, den Kühlfluid-Strom zu einem Reservoir/Heizer 190 zu leiten.
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In 1B ist ein erläuterndes Betriebsschema 1000 einer Vorrichtung 100 (in 1A gezeigt) dargestellt, die ausgestaltet ist, Kühlfluidströme gemäß einigen Ausführungsformen aus einem Kühler zu einem Motor zu steuern. Die Vorrichtung 100 umfasst ein Thermostat (als 110 in 1A gezeigt), das ausgestaltet ist, einen Kühlfluid-Strom aus einem Kühler (durch eine Kühlerleitung, in 1A als 150 gezeigt) zu dem Motor 10 durch eine Motorleitung 180 zu blockieren oder zu ermöglichen. Befindet sich das Kühlfluid unterhalb einer STO-Temperatur, dann zirkuliert es durch einen Nebenstromkreislauf 1001 zwischen der Vorrichtung 100 und dem Motor 10 mittels einer Pumpe 170. Erreicht jedoch die Temperatur des Kühlfluids die STO-Temperatur des Thermostats 110, dann öffnet sich das Thermostat-Ventil, wobei das Kühlfluid durch den Kühlkreislauf 1002 zirkulieren kann, d.h. das von dem Kühler gekühlte Kühlfluid kann von der Kühlerleitung 150 zu dem Motor 10 durch das Thermostat 110 mittels der Pumpe 170 strömen. Die Vorrichtung 100 ermöglicht weiter die Zirkulierung von Kühlfluid durch einen Heizkreislauf 1003, wodurch die vom Motor 10 erzeugte Wärme verwendet werden kann.
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In 2A wird schematisch eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung 200 gezeigt, die ausgestaltet ist, Kühlfluidströme aus einem Kühler (nicht gezeigt) durch Kühlerleitung 250 zu einem Motor (wie der Motor 10 von 1A) durch Motorleitung 280 in dessen geschlossen Betriebsmodus zu steuern. Die Vorrichtung 200 umfasst ein Thermostat 210 mit einem Temperatur-empfindlichen Ventil 220, das ausgestaltet ist, einen Kühlfluid-Strom aus der Kühlerleitung 250 zu der Motorleitung 280 durch das Thermostat 210 zu blockieren oder zu ermöglichen. Das Temperatur-empfindliche Ventil 220 ist hier als ein Ventil mit linearen Eigenschaften gezeigt, das ausgestaltet ist, den Kühlfluid-Strom beim Öffnen zu optimieren. Es können jedoch gleichermassen auch Schnellöffnungs-Ventile oder logarithmische Ventile verwendet werden und fallen in den Bereich dieser Offenbarung. Ein Temperatur-empfindliches Ventil 220 umfasst einen Ventilkörper 222 mit einem Wärme-sensitiven Material 224, das ausgestaltet ist, sich oberhalb einer bestimmten Temperatur auszudehnen, und einen versetzbaren Stift 226, der teilweise in dem Wärme-sensitiven Material 224 angeordnet ist und teilwiese in die Niche 252 des Thermostats 210 vorsteht. Das Temperatur-empfindliche Ventil 220 umfasst weiter einen oberen Deckel 218 und eine Flansch 212, die mit dem oberen Deckel 218 assoziiert oder einstückig damit ausgebildet ist. Der versetzbare Stift 226 ist durch den oberen Deckel 218 bewegbar angeordnet. Das Thermostat 210 umfasst weiter einen Ventilsitz 230, der um die Flansch 212 angeordnet ist. In dessen geschlossen Betriebsmodus (wie in 2A gezeigt), dichtet die Flansch 212 des Temperatur-empfindlichen Ventils 220 gegen den Ventilsitz 230 ab, wobei ein Kühlfluid-Strom aus der Kühlerleitung 250 zu der Motorleitung 280 durch das Thermostat 210 verhindert wird. In der Folge zirkuliert das Kühlfluid mittels einer Pumpe 270, von dem Motor durch eine Seitenleitung 260, zu dem Thermostat 210, und zurück zu dem Motor, wie durch Pfeil 201 gezeigt. Das Temperatur-empfindliche Ventil 220 umfasst weiter eine Feder 228, die zwischen dem oberen Deckel 218 und einem Trägerelement 214 angeordnet ist. Die Feder 228 ist ausgestaltet, das Temperatur-empfindliche Ventil geschlossen zu halten, solange eine bestimmte STO-Temperatur (T1) nicht erreicht wurde. Der Ventilsitz 230 ist funktional mit einem Steuer-Kolben 240 verbunden (oder einstückig damit ausgebildet), welcher ausgestaltet ist, die Position des Ventilsitzes 230 in dem Thermostat 210 zu steuern. Der Betrieb des Steuer-Kolbens 240 kann durch ein Betätigungsmittel gesteuert werden, wie ein hydraulisches Betätigungsmittel 242. In der gezeigten Normal-Position des Steuer-Kolbens 240, befindet sich der Ventilsitz 230 in seiner Standard-Position, in der keine (oder nur eine Standard-) Kompressionskraft auf die Feder 228 ausgeübt wird, bevor die STO-Temperatur (T1) erreicht wird. D.h. wenn sich das Thermostat 210 in seinem geschlossen Betriebsmodus befindet und wenn sich der Ventilsitz 230 in seiner Standard-Position befindet, dann ist die Feder 228 im Gleichgewicht und drückt die Flansch 212 des Temperatur-empfindlichen Ventils 220 zur Dichtung mit dem Ventilsitz 230, wodurch verhindert wird, dass Kühlfluid aus der Kühlerleitung 250 zu der Motorleitung 280 strömt. Das Thermostat 210 umfasst weiter eine zweite Feder 244, die funktional mit dem Kolben 240 verbunden ist. Die zweite Feder 244 ist ausgestaltet in ihrem entspannten Zustand zu sein, wenn sich der Steuer-Kolben 240 in seiner Normal-Position befindet.
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Die 2B zeigt schematisch eine Querschnittsansicht der Vorrichtung 200 in deren offenen Betriebsmodus. Die Vorrichtung 200 umfasst ein Thermostat 210 mit einem Temperatur-empfindlichen Ventil 220, das ausgestaltet ist, einen Kühlfluid-Strom von der Kühlerleitung 250 zu der Motorleitung 280 durch das Thermostat 210 zu blockieren oder zu ermöglichen. Das Temperatur-empfindliche Ventil 220 umfasst einen Ventilkörper 222 mit einem Wärme-sensitiven Material 224, das ausgestaltet ist, sich bei oder über der bestimmten STO-Temperatur (T1) auszudehnen, und den versetzbaren Stift 226. Wenn das Kühlfluid auf oder über die bestimmte STO-Temperatur (T1) erhitzt wird, dann expandiert das Wärme-sensitive Material 224, wodurch der versetzbare Stift 226 teilweise aus dem Ventilkörper 222 herausgeschoben wird. Aufgrund der von der Niche 252 bereitgestellten, der Versetzung des Stifts 226 entgegenwirkenden Kraft, wird die Feder 228 zusammengepresst, was dazu führt, dass das Temperatur-empfindliche Ventil 220 allmählich von dem Ventilsitz 230 versetzt wird, wodurch eine Leitung für Kühlfluid durch den Kühler aus der Kühlerleitung 250 zu dem Thermostat 210 und mittels der Pumpe 270 zu der Motorleitung 280 bereitgestellt wird, wie durch den Pfeil 202 gezeigt. D.h., wenn sich das Thermostat 210 in seinem offenen Betriebsmodus befindet und wenn sich der Ventilsitz 230 in seiner Standard-Position befindet, dann wird die Feder 228 zusammengepresst, wodurch die Flansch 212 des Temperatur-empfindlichen Ventils 220 von dem Ventilsitz 230 löst, wodurch ein Kühlfluid-Strom von der Kühlerleitung 250 durch die Motorleitung 280 ermöglicht wird.
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In den 2C und 2D wird schematisch eine Querschnittsansicht der Vorrichtung 200 gezeigt, mit einem Steuer-Kolben 240 und dem Ventilsitz 230 in einer abgesenkten Position. Aufgrund der abgesenkten Position des Ventilsitzes 230 wird eine Kompressionskraft auf die Flansch 212 ausgeübt und daher auf die Feder 228, bevor die Motortemperatur die bestimmte STO-Temperatur (T1) erreicht. Als ein Ergebnis muss eine neue und höhere STO-Temperatur (T2, worin T2>T1) erreicht werden, so dass sich das Ventil 220 von dem Ventilsitz 230 versetzt. In seinem geschlossen Betriebsmodus (in 2C gezeigt) dichtet die Flansch 212 des Temperatur-empfindlichen Ventils 220 gegen den abgesenkten Ventilsitz 230, wodurch ein Kühlfluid-Strom von der Kühlerleitung 250 zu der Motorleitung 280 durch das Thermostat 210 verhindert wird. In der Folge zirkuliert das Kühlfluid mittels einer Pumpe 270 von dem Motor durch die Nebenleitung 260 durch das Thermostat 210 und zurück zu dem Motor, wie durch Pfeil 201 gezeigt, wenn das Kühlfluid auf die vorher bestimmte STO-Temperatur (T1) erhitzt wird, wobei das Ventil geschlossen bleibt, da eine zusätzliche Kompression der Feder 228 erforderlich ist, um das Temperatur-empfindliche Ventil 220 von dem Ventilsitz 230 zu versetzen. Der Kühlfluid-Strom aus der Kühlerleitung 250 bleibt daher blockiert. Nur wenn das Kühlfluid über die neue und höhere STO-Temperatur (T2) erhitzt wird (wie in 2D gezeigt), wird die Kraft, die durch die Ausdehnung des Wärme-sensitiven Materials 224 erzeugt wird, und das Vorstehen des versetzbaren Stifts 226, ausreichend sein, das Temperatur-empfindliche Ventil 220 von dem Ventilsitz 230 zu versetzen, wodurch eine Leitung gebildet wird, welche eine Strömung eines von dem Kühler gekühlten Kühlfluids aus der Kühlerleitung 250 zu dem Thermostat 210 und anschließend in die Motorleitung 280 mittels einer Pumpe 270, ermöglicht, wie durch Pfeil 202 gezeigt. Es sollte klar sein, dass dieser Betriebsmodus der Vorrichtung 200 ermöglicht, ein Kühlen des Motors zu umgehen, sogar wenn die bestimmte STO erreicht wurde. Dies kann insbesondere am Anfang einer Fahrt und/oder bei tiefen Temperaturen nützlich sein, da unnötiges Kühlen eines kalten Motor verhindert wird, wodurch die Nutzung von Kraftstoff verbessert und auch Verschmutzung verringert wird.
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In der 2E wird schematisch eine Querschnittsansicht der Vorrichtung 200 mit einem Steuer-Kolben 240, und daher dem Ventilsitz 230 in einer erhöhten Position gezeigt. Aufgrund der erhöhten Position des Ventilsitzes 230 wird das Temperatur-empfindliche Ventil 220 von dem Ventilsitz 230 nach oben versetzt, bevor die Temperatur des Kühlfluids die bestimmte STO-Temperatur (T1) erreicht, und ohne Kompression der Feder 228, wodurch die Funktion des Ventils 220 übersteuert und ein Kühlfluid-Strom von der Kühlerleitung 250 zu der Motorleitung 280 durch das Thermostat 210 strömen gelassen wird, wie durch Pfeil 202 gezeigt ist. Darüber hinaus wird, wenn der Steuer-Kolben 240 auf eine höhere Position angehoben wird, eine Kompressionskraft auf die zweite Feder 244 ausgeübt. Wird daher der Steuer-Kolben deaktiviert, dann drückt die zweite Feder 244 den Steuer-Kolben 240 und daher den Ventilsitz 230 zurück in dessen Normal-Position. Es ist klar, dass dieser Betriebsmodus der Vorrichtung 200 ein Kühlen des Motors sogar dann ermöglicht, wenn die bestimmte STO nicht erreicht wurde, wodurch einer kältere Motortemperatur mit höherer Motorleistung beibehalten wird, was insbesondere für Höchstleistungs-Turbo-Einsätze nützlich ist.
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Die hier verwendeten Ausdrücke dienen lediglich zum Zwecke der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und sollen diese nicht beschränken. Wie hier verwendet, sollen die Einzahlformen „ein“, „eine“ und „der“ auch Mehrzahlformen umfassen, außer im Zusammenhang ist klar etwas anderes angegeben. Es sollte weiter klar sein, dass die Ausdrücke „umfasst“ oder „umfassend,“ bei Verwendung in dieser Beschreibung, die Anwesenheit der genannten Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Betriebe, Elemente oder Komponenten angibt, jedoch die Anwesenheit oder den Zusatz einer oder mehrerer anderer Merkmale, ganzen Zahlen, Schritten, Betriebe, Elemente, Komponenten oder Gruppen davon nicht ausschließt.
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Obwohl eine Anzahl beispielhaft genannter Aspekte und Ausführungsformen vorstehend erläutert wurden, erkennt der Fachmann bestimmte Modifikationen, Zusätze und Unter-Kombinationen davon. Es ist daher beabsichtigt, dass die folgenden anliegenden Ansprüche und die nachstehend eingebrachten Ansprüche dahingehend ausgelegt werden, dass alle diese Modifikationen, Additionen und Unterkombinationen in dem wahren Geist und Bereich sind.
