DE2113903C3 - Durchflußmengenregeleinrichtung für Kühlmittel- und Heizmittelkreisläufe in Fahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Durchflußmengenregeleinrichtung für Kühlmittel- und Heizmittelkreisläufe in Fahrzeugen mit einem in dem Kreislauf angeordneten einstellbaren Drosselventil und einem federbelasteten auf die Druckdifferenz an dem Drosselventil ansprechenden in einem Gehäuse geführten Kolben, der ein in dem Kreislauf angeordnetes Ventil betätigt.

Zur Mengenregelung in Abhängigkeit vom Druck des zu regelnden Mediums sind membrangesteuerte Durchgangsventile mit Durchflußmeßblende für Differenzdruck bekannt. Dabei wird in der jeweiligen Leitung vor und hinter einer Meßblende der herrschende Druck abgenommen, einem Druckgefäß mit einge spannter Membran zu beiden Seiten der Membran zugeführt und die auf Grund der bestehenden oder entstehenden Druckunterschiede bewirkte Durchbiegung der Membran zur Steuerung eines Ventils benutzt. Nachteilig bei dieser bekannten Regeleinrichtung ist es, daß sie auch in Vollaststellung des Regelventils wirksam ist, also einer gewollten Sollwertverstellung eines nachgeschalteten Drosselventils der Wagenheizung entgegenwirkt.

Es sind bereits Durchflußmengenregler bekannt, bei denen ein vom Differenzdruckkolben betätigtes Ventil strömungsmäßig in Reihe mit einem Drosselventil angeordnet ist und ebenfalls von dem konstant zu haltenden Strom durchflossen wird. Bei anderen bekannten Reglern ist ein vom Differenzdruckkolben betätigtes Ventil parallel zu dem Drosselventil angeordnet, wird also nicht von dem konstant zu haltenden Strom durchflossen, sondern von dem zur Pumpe zurückfließenden Reststrom.

Wesentlich für diese bekannten Regler ist ein federbelasteter Kolben, der auf die von einem Drosselventil erzeugte Druckdifferenz anspricht und in Abhängigkeit von Schwankungen der Druckdifferenz ein die zu regelnde Durchflußmenge steuerndes Ventil betätigt. An Stelle eines federbelasteten Kolbens kann auch eine federbelastete Membran verwendet werden.

Für die Verwendung in Heiz- oder Kühlkreisen in Fahrzeugen sind membrangesteuerte Durchgangsventile mit Durchflußmeßblende nicht geeignet, da der maximale Wirkdruck an der Meßblende ein additives Glied zum Druckabfali des Regelventils und des Wärmetauschers darstellt.

Bei Kraftfahrzeugheizungen ist es beispielsweise erwünscht, daß die Innentemperatur unabhängig von Drehzahländerungen möglichst konstant bleibt. Dabei können bei modernen Brennkraftmaschinen je nach Fahrweise Drehzahlunterschiede bis zu 6000 Umdrehungen pro Minute auftreten. Die Menge des durchfließenden Mediums variiert dabei etwa zwischen 300 und 10001 pro Stunde.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Durchflußmengenregeleinrichtung der eingangs erläuterten Art derart auszubilden, daß sie den in Fahrzeugen auftretenden Druckschwankungen auf Grund der Drehzahlunterschiede im Fahrbetrieb und der Änderung der Menge des durchfließenden Mediums ohne Hysterese zu folgen vermag, keinen zu großen zusätzlichen Strömungswiderstand darstellt und konstruktiv einfach aufgebaut tat.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einer Durchflußmengenregeleinrichtung der eingangs beschrisbeneii Art dadurch gelöst, daß der Kolben zugleich den Ventilkörper bildet und im Gehäuse eine Abflußöffnung angeordnet ist, mit der der Kolben zwei Teilöffnungen bildet die gegenläufig steuerbar sind und von denen die eine von dem konstant zu haltenden Strom des Kreislaufs durchflossen wird, während die andere Teilöffnung mit dem den Kreislauf speisenden Zufluß in Verbindung steht.

Dadurch wird erreicht, daß der mengenvariable Wasserstrom so angepaßt niedrig gegenüber Druckschwankungen gehalten wird, daß die Austrittstemperatur der Heizung sich stets propoi tional zur Drosselventileinstellung verhält.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn nach einem weiteren Merkmal der Erfindung eine Zuflußöffnung am Gehäuse in Verschieberichtung des Kolbens mündet. Dadurch wird erreicht, daß neben der statischen Druckbeaufschlagung des Kolbens auch noch eine doppelseitige dynamische Druckbeaufschlagung erfolgt.

Nach einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn im Inneren des zylinderförmigen Gehäuses ein Anschlag für den Kolben vorgesehen ist, der in Schließstellung für die Durchflußöffnung eine weitere Verschiebung verhindert.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch Ausführungsbeispiele darstellt. Dabei zeigt

F i g. 1 schematisch einen Heizungskreislauf für ein Kraftfahrzeug,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes druckabhängiges Regelventil, und

F i g. 3 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel.

F i g. 1 zeigt schematisch einen Kühl- bzw. Heizkreislauf im Zusammenhang mit einer Brennkraftmaschine 20. Die Brennkraftmaschine 20 ist in bekannter Weise mit einem Kühlmantel 27 versehen, der einen Kühlmantelauslaß 22 aufweist. Eine Pumpe 21 fördert das entsprechende Medium über den Motor 20 zu einem erfindungsgemäßen Regelventil 24 mit dem pumpenseitigen Anschluß 5, einem verbraucherseitigen Anschluß 6, der über ein Mengenregelventil 25 zu einem Wärmetauscher 26 führt. Der Ausgang des Wärmetauschers 26

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ist über eine Rtickiaufleitung 28 mit dem zweiten verbraucherseitigen Anschluß 7 des erfindungsgemaßen Regelventils 24 verbunden. Vom Rücklaufanschluß 8 des Rpgelven'.üs 24 führt eine Leitung zum Küh'roanteleinlaß 23.

Der Aufbau eines erfindungsgemaßen Regelventil 24 ist aus F i g. 2 ersichtlich. An einem zylinderförmigen Gehäuse 1 sind die vorstehend erwähnten Anschlüsse angebracht, nämlich in Längsrichtung ein pumpenseitiger Anschluß 5, in radialer bzw zeitlicher Richtung die beiden verbraucherseitigen Anschlüsse 6 und 7 sowie, zweckmäßigerweise um einen Winkel versetzt gegenüber der Ebene der Anschlüsse 6 und 7, ein Rucklaufanschluß δ.

In dem Zylindergehäuse 1 ist ein Steuerkolben 2 mit relativ großem Spiel beweglich gelagert. Der Steuerkolben 2 weist eine Führungshülse 13 auf, die wiederum längs eines Fühmngsstiftes 4 od. dgl. gleiten kann. Das Gehäuse 1 weist einen inneren Anschlag 12 auf. mit dem die Bewegung des Steuerkolbens 2 in eine Richtung begrenzt wird, während für die Begrenzung in der entgegengesetzten Richtung ein stufr-siförmiger Absatz 29 am Führungssiift 4 einen Anschlag für die Fiihrungshülse 13 bildet. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß in der einen Endlage der Steuerkolben 2 den Rücklaufanschluß 8 vollständig sperrt, während er ihn in der entgegengesetzten Lage vollständig öffnet. In den Zwischenstellungen findet, in Abhängigkeit vom Druckunterschied zwischen der Vorderseite des Steuerkolbens 2 und seiner Rückseite und im Zusammenwirken mit einer Druckfeder 3 eine entsprechende Aufteilung des Durchflußquerschnittes 8 in die beiden Teilquerschnitte 9 ^für einen Kurzschluß und 10 für den Mengenstrom statt. Die Druckfeder 3 stützt sich vorteilhafterweise an einem Federwiderlager 11 ab, welches im Gehäuse 1 einschraubbar oder einbördelbar ist. Zweckmäßig ist der Führungsstift 4 mit dem Federwiderlager 11 einstückig ausgebildet. Der Steuerkolben 2 ist somit einseitig mit der stellungsabhängigen Kraft der Druckfeder 3 belastet. Er teilt stellungsabhängig den Gesamtquerschnitt 8 des gemeinsamen Rücklaufanschlusses in zwei korrespondierende Teilquerschnitte 9 für den variablen Kurzschlußmengenstrom und, wie erläutert, den Teilquerschnitt 10 für d^pn im allgemeinen konstant zu haltenden Mengenstrom durch den Wärmetauscher 26.

Wenn der von der Brennkraftmaschine 20 mittels der Pumpe 21 gelieferte Mengenstrom hinreichend klein ist, also bei relativ niedriger Drehzahl, ist auch die Druckdifferenz zwischen den Anschlüssen 5 und 8 und 6 und 7 klein, so daß die Druckfeder 3 den Steuerkolben 2 in seine obere Endlage bringt und den Kurzschlußquerschnitt 9 ganz schließt. In diesem Betriebszustand fließt die gesamte Menge des Mediums durch den Verbraucher, beispielsweise den Wärmetauscher 26 einer Heizanlage. Im anderen Grenzfall, wenn die von der Pumpe 21 gelieferte Mediummenge hinreichend groß ist, also bei relativ hoher Drehzahl, wird der Steuerkolben 2 in seine entgegengesetzte Grenzlage gebracht und der Teilquerschnitt 10 soweit gedrosselt.

daß die Mediumströinung durch den Verbraucherkreis b/w den Wärmetauscher 26 konstant bleibt. Gleichzeitig wird der Kurzschlußquerschnitt 9 relativ weit geöffnet. Bei mittleren Drehzahlen bzw. Druckdifferenzen nimmt der Steuerkolben 2 eine seinem Proportionalverhalten entsprechende mittlere Lage ein. Der Steuerkolben 2 arbeitet ohne enge Toleranzen. Es ist daher keine besondere Meßblende erforderlich, weil der Wirkdruck an den verbraucherseitigen Anschlüssen abgenommen wird. Dadurch wirkt dieser Regler einer gewollten Sollwertverstellung am Ventil 25 nicht entgegen, so daß sein P-Bereich nahezu konstant bleibt. Eine Heizanlage nach dem Ausführungsbeispiel der F i g 1 weist einen geringen Druckabfall auf, als bsi den bisher bekannten Einrichtungen mit der dazu erforderlichen Meßblende.

Der Steuerkolben 2 ersetzt somit nicht nur die bekannte Membransteuerung, sondern zusätzlich ohne konstruktiven Mehraufwand zwei der bisher erforderlichen Ventile.

Der erfindungsgemäße Regler 24 wirkt bei Sollwertverstellungen am Mengenregler 25, also bei einer absichtlichen Änderung des Mengenstromes durch den Verbraucher 26, in der gleichen Wirknchtung. Bei ganz geschlossenem Ventil 25 steigt der Differenzdruck an den Anschlüssen 6 und 7 stark an. Dadurch bewegt sich der Steuerkolben 2 in Richtung kleiner werdenden Teilquerschnittes 10 für den Verbraucherkreis und größer werdenden Teilquerschnittes 9 für den Kurzschluß.

Bei ganz geöffnetem Ventil 25 läuft der Regler 24 in die entgegengesetzte Richtung. Daraus ergibt sich noch der weitere Vorteil, daß der erfindungsgemäße Regler die Ventilkennlinie zur linearen Temperaturregelung, im Falle der Anwendung bei einem Heizkreis, wesent-Hch unterstützt, weil keine Deformation der Ventilkennlinie durch Differenzdruckänderungen eintritt.

Bei dem in F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Mengenregelventil 25 baulich mit dem druckabhängigen Regelventil 24 vereinigt. Ein besonders gün-

stiges Ausführungsbeispiel ergibt sich dann, wenn der Querschnitt der Zufuhrleitung 7 in der Ebene der Gehäusedurchdringung liegend zur Mengenregelung vorgesehen wird. Der Regelkörper kann eine Kurvenscheibe in radialer Ebene des Gehäuses 1 liegend oder eine Stufendüsenscheibe 30 mit stetigem Übergang, ebenfalls in der Ebene der Wandung des Gehäuses 1 liegend, sein.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Mengenregelung von Hand aus einstellbar ist, beispielsweise durch

einen Handhebel 31, der eine Umfangsverdrehung eines im Gehäuse 1 angeordneten Hohlzylindereinsatzes bewirkt. Dieser Hohlzylinder 32 weist auf seinem Umfang stufenweise oder stetig unterschiedliche Durchflußquerschnitte im Zusammenwirken mit dem Anschluß 7 auf. An Stelle der Handeinstellung mit dem Handhebel 31 kann auch eine Verstellung in Abhängigkeit von einer beliebigen anderen Führungsgröße mit einem entsprechenden Stellglied vorgesehen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

21 Patentansprüche:

1. Durchflußmengenregeleinrichtung für Kühlmitici- und Heizmittelkreisläufe in Fahrzeugen mit Einern in dem Kreislauf angeordneten einsteilbaren Drosselventil und einem federbelasteten auf die Druckdifferenz an dem Drosselventil ansprechenden in einem Gehäuse geführten Kolben, der ein in dem Kreislauf angeordnetes Ventil betätigt dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) zugleich den Ventilkörper bildet und im Gehäuse (1) eine Abflußöffnung (8) angeordnet ist. mit der der Kolben (2) zwei Teilöffnungen (9,10) bildet, die gegenläufig steuerbar sind und von denen die eine von !5 dem konstant zu haltenden Strom des Kreislaufes durchflossen wird, während die andere Teilöffnung mit dem den Kreislauf speisenden Zufluß (5) in Verbindung steht

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine ZulauföTnung (5) in Verschieberichiung des Kolbens (2) am Gehäuse (1) mündet.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder Z gekennzeichre» durch einen Anschlag (12) für den Kolben

(2) in Schließstellung für die Durchflußöffnung (8).