DE2923994A1

DE2923994A1 - Thermostatisches regelventil fuer den kuehlkreislauf von brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2923994A1
Application number: DE19792923994
Authority: DE
Inventors: Erwin Schweiger; Jiri Dipl Ing Seidl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1979-06-13
Filing date: 1979-06-13
Publication date: 1980-12-18
Also published as: DE2923994C2

Description

Thermostatisches Regelventil für den Kühlkreislauf von
Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf ein thermostatisches Regelventil der Bauart nach dem Oberbegriff des Patentansprüche 1 Derartige Regelrentile sind mit hundelßUblichen Thermostateinsätzen (z.B. DE-OS 20 17 759 und 20 32 956) versehen, einfach im Aufbau und preiswert, da rationell herstellbar.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein derartiges Regelventil ohne wesentlichen zusätzlichen Bauaufwand so weiterzubilden, daß es bis zu einem ersten unteren Temperaturwert des Kühlmittels von Brennkraftmaschinen nicht nur den Kühlerkreislauf, sondern auch den Kurzschlußkreislauf für eine noch schnellere Erwärmung der Brennkraftmaschine drosselt oder stillsetzt.
Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen auf überraschend einfache Weise. Es werden dabei nämlich lediglich die vorhandenen Bauteile eines einzelnen handelsüblichen Thermostateinsatzes abgewandelt und durch eine einzige zusätzliche Rückstellfeder die zusätzliche Funktion sichergestellt. Die Erfindung ermöglicht es dadurch sogar, allein durch Austausch eines bisher üblichen Thermostateinsatzes gegen einen erfindungsgemäß aufgebauten Thermostateinsatz die zusätzliche Funktion bei vorhandenen Brennkraftmaschinen ohne sonstige Änderungen anzuwenden.
Das einzige Dehnstoffelement kann in bekannter Weise zweistufig ausgebildet sein (DE-OS 23 49 532 und DE-AS 27 55 463), um dem ersten Temperaturwert und dem Öffnen des Kühler-Ventiltellers angepaßte Stellbewegungen zu erreichen.
Die Merkmale des Anspruches 2 ermöglichen eine dem blichen Grundaufbau eines Thermostateinsatzes angepaßte Abstützung der drei Rückstellfedern am Gehäuse des Dehnstoffelementes über ein einziges sich dort abstützendes zusätzliches Federteller. Der hierfür vorgesehene radiale Bund ist an Dehnstoffelementen (z.B. DE-OS 20 17 759 und 20 32 956) für die Abstützung der zweiten Rückstellfeder für das Kurzschluß-Ventilteller üblicherweise bereits vorhanden, so daß das zusätzliche Federteller lediglich dazwischengefügt ist. Während der Stellbewegung des Dehnstoffelementes werden hierbei die erste und die dritte Feder wechselweise ge- und entspannt, so daß keine überhöhte Stellkraft auftritt.
Die Merkmale des Anspruches 3 ermöglichen eine zusätzliche Steuerung von im Kühlmittelkreislauf liegenden Heizvorrichtungen für den Fahrzeuginnenraum und/oder motorseitige Heiz- und Temperaturgeber-Vorrichtungen, die auf diese Weise in der ersten Anwärmphase der Maschine dem Kühlkreislauf keine Wärme entziehen, jedoch nach Erreichen des ersten Temperaturwertes und bei geschlossenem Kurzschluß weiter im Betrieb bleiben.
Die Ansteuerung des Dehnstoffelementes bis zum ersten Temperaturwert kann durch eine kleine Lecköffnung parallel zur dritten Ventilöffnung oder einen ungesteuerten Zutritt einer Ansteuerzweigleitung in das Ventilgehäuse zwischen der ersten und der dritten Ventilöffnung erfolgen. Diese Ansteuerung kann aber auch nach Anspruch 4 völlig leckmengenfrei durch die Ubertragung der Bauteiltemperatur über das im Ventilgehäuse stehende Kühlmittel auf das Dehnstoffelement sichergestellt werden.
Durch die DE-PS 22 06 266 und 23 14 301, die DE-OS 23 20 447, sowie die DE-AS 27 55 462 und 27 55 463 sind zwar bereits verschiedene Regelventile bekannt, die ebenfalls eine entsprechende mehrphasige Steuerung des Kühlkreislaufes von Brennkraftmaschinen ermöglichen, jedoch ist dabei jeweils eine Anzahl zusätzlicher Dehnstoffelemente, Ventilteller, Federteller und/oder Rückstellfedern mit dementsprechend erheblichem zusätzlichem Bauaufwand notwendig. Eine der vorliegenden Erfindung entsprechende überraschend einfache Lösung für ein solches Regelventil konnten diese Ausbildungen daher nicht nahelegen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 ein thermostatisches Regelventil in einem schematisch dargestellten Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine in einer kaltem Kühlmittel entsprechenden Stellung, Fig. 2 das Regelventil gemäß Fig. 1 in einer Stellung nach Überschreiten eines ersten unteren Temperaturwertes und Fig. 3 das Regelventil gemäß Fig. 1 und 2 in seiner Stellung nach Überschreiten eines oberen Temperaturwertes entsprechend einer mittleren Betriebstemperatur.
Eine schematisch dargestellte flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine 1 weist in ihrem Kühlkreislauf neben einem nicht dargestellten Kühlmantel der Maschine 1 eine Kühlmittelpumpe 2, einen Kühler 3, eine Fahrzeug-Innenraumheizung 4, eine motorseitige Heiz- und/oder Temperaturgeber-Vorrichtung 5, wie beispielsweise eine Saugrohrheizung, und ein thermostatisches Regelventil 6 auf. Das Regelventil 6 besteht aus einem im Zylinderkopf 7 der Maschine 1 ausgeformten Gehäuse 8, einem außen lösbar befestigten Deckel 9 und einem darin gehaltenen Thermostateinsatz 10.
Der Deckel 9 weist einen Anschlußstutzen 9 für eine Kühlerrücklaufleitung 11 auf. In das Gehäuse 8 münden eine Kurzschlußleitung 12, eine Heizungsrücklaufleitung 13, eine Ansteuerleitung 14 und eine Pumpenleitung 15.
Der Thermostateinsatz 10 weist als temperaturabhängigen Stellmotor ein Dehnstoffelement 16 auf, das eine zweistufig ansprechende Dehnstoff-Füllung aus zwei verschiedene Schmelztemperaturen aufweisenden Wachsmischungen enthält. Aus dem Gehäuse 17 des Dehnstoffelementes 16 ragt an einem Stirnende temperaturabhängig längenveränderlich eine Kolbenstange 18, die sich an einem feststehenden bügelförmigen Widerlagerl9 abstützt. Das Widerlager 19 geht zur Innenwand des Gehäuses 8 hin in einen Ventilsitz für eine erste Ventilöffnung 20, die von einem Kühler-Ventilteller 21 gesteuert wird, und in einen Flanschring 22 für die Abdichtung der Kühlerrücklaufleitung 11 bei geschlossenem Kühler-Ventilteller 21 über. Das Kühler-Ventilteller 21 ist auf dem Gehäuse 17 des Dehnstoffelementes 16 mit abgedichtetem Schiebesitz angeordnet. Das Dehnstoffelement 16 stützt sich über eine erste Rückstellfeder 23 und einen feststehenden Ringflansch 24 nachgiebig gegen das Gehäuse 8 ab. Hierfür ist der Ringflansch 24 über Bügel 24' und den Flanschring 22 mit dem Gehäuse 8 verbunden.
Am Dehnstoffelement 16 stützt sich die erste Rückstellfeder 23 über ein Federteller 25 ab, das an einem radialen Bund 26 des Dehnstoffelementes 16 anliegt. Ebenfalls am Federteller 25 stützt sich in gleicher Richtung wie die erste Rückstellfeder 23 eine zweite Rückstellfeder 27 für ein Kurzschluß-Ventilteller 28 ab, das gegen einen Endanschlag 29 auf einem Bolzenfortsatz 30 des Dehnstoffelementes 16 verschiebbar gelagert ist. Schließlich stützt sich gegen das Federteller 25 noch eine dritte Rückstellfeder 31 in entgegengesetzter Richtung ab, die das Kühler-Ventilteller 21 sowohl gegen den Dichtkopf des Dehnstoffelementes 16 als Endanschlag 32 als auch auf den Ventilsitz der ersten Ventilöffnung 20 drückt.
Dem Kurzschluß-Ventilteller 28 ist am Gehäuse 8 eine zweite Ventilöffnung 33 für die Kurzschlußleitung 12 sowie am Ringflansch 24 eine dritte Ventilöffnung 34 gleichfalls für die Kurzschlußleitung 12 und zusätzlich für die Heizungsrücklaufleitung 13 zugeordnet. Der Ringflansch 24 ist außen gegen die Innenwand des Gehäuses 8 abgedichtet.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Stellung des Regelventiles 6 entsprechend einer abgekühlten Maschine 1 hält das KUhler-Ventilteller 21 die erste Ventilöffnung 20 für die Kühlerrücklaufleitung 11 geschlossen. Ein Umlauf vom Kühlmittel durch den wärmeableitenden Kühler 3 ist dadurch nicht möglich, so daß sich die Maschine nach einem Kaltstart rasch erwärmt. Das Kurzschluß-Ventilteller 28 verschließt in dieser Stellung auch die dritte Ventilöffnung 34 für die Kurzschlußleitung 12 und für die Heizungsrücklaufleitung 13. Damit ist ein Umlauf von Kühlmittel auch durch die Kurzschiußleitung 12 und die Fahrzeug-Innenraum-Heizung 4 sowie durch die damit verbundenen Leitungen und Wasserräume ausgeschlossen.
Eine Wärmeableitung an und durch diese Kühlmittel enthaltenden Bauteile ist somit ebenfalls ausgeschlossen.
Lediglich die Ansteuerleitung 14,die von der motorseitigen Heiz- und Temperaturgeber-Vorrichtung 5 ausgeht, ermöglicht einen gedrosselten Umlauf von Kühlmittel durch die Wasserräume der Maschine 1, das Regelventil 6 und über die Pumpenrücklaufleitung 15 und die Kühlmittelpumpe 2 zurück zur Maschine 1, wodurch eine Ansteuerung des Dehnstoffelementes 16 gesichert ist.
Da das Gehäuse 8 des Regelventils 6 im Zylinderkopf 7 der Maschine 1 ausgeformt ist, erfolgt die Ansteuerung des Dehnstoffelementes 16 bei Entfall oder Verschluß der Ansteuerleitung 14 durch direkte Erwärmung des im Gehäuse 8 enthaltenen Kühlmittels infolge der Wärmeübertragung innerhalb des Zylinderkopfes 7 auf das Gehäuse 8. Dadurch kann die Erwärmung des Kühlmittels und damit der Maschine 1 in der ersten Phase nach einem Kaltstart noch mehr beschleunigt werden, weil weder in den nicht erwärmten Bauteilen und Leitungen enthaltenes Kühlmittel noch diese Bauteile und Leitungen selbst mit erwärmt werden müssen.
Nach Erwärmen des Dehnstoffelementes 16 auf einen ersten unteren Temperaturwert, der in weiten Grenzen zwischen etwa 20 bis 600 C gewählt werden kann, stellt dieses das Kurzschluß-Ventilteller 26 in eine in Fig. 2 gezeigte mittlere Stellung zwischen der zweiten und dritten Ventilöffnung 33 bzw. 34. Das Kühler-Ventilteller 21 verschiebt sich dabei lediglich auf dem Gehäuse 17 des Dehnstoffelementes 16 ohne die Ventilöffnung 20 freizugeben. Das Kühlmittel kann nun durch die Kurzschlußleitung 12 und die Heizungsrücklaufleitung 13 strömen.
Die weitere Erwärmung wird nun zwar verlangsamt, aber bis zum Erreichen der optimalen Betriebstemperatur von ca. 80 bis 900 C noch nicht durch die intensive Wärmeabfuhr des Kühlers 3 beeinflußt.
Nach Erreichen der vorgegebenen Betriebstemperatur beginnt das Dehnstoffelement 16 das Kühler-Ventilteller 21 über den Endanschlag 32 zu betätigen und die Ventilöffnung 20 für die Kühlerrücklaufleitung 11 zu öffnen.
Zugleich wird das Kurzschluß-Ventilteller 28 in Richtung auf die zweite Ventilöffnung 33 für die Kurzschlußleitung 12 bewegt und schließt diese zunehmend im Wechsel mit dem Öffnen der Kühlerrücklaufleitung 11. Wie in Fig. 3 dargestellt, legt sich dabei das Kurzschluß-Ventilteller 28 gegen die zweite Ventilöffnung 33 und verschiebt sich gegen die Wirkung der zweiten RUckstellfeder 27 auf dem Bolzenfortsatz 30, so daß eine weitere Bewegung des Dehnstoffelementes 16 bei weiter steigender Betriebstemperatur möglich ist.
Beim Abkühlen der Maschine 1 und des Kühlmittels beategen sich das Dehnstoffelement 16, das Kühler-Ventilteller 21 und das Kurzschluß-Ventilteller 28 durch die Volumensminderung des Dehnstoffes und die Wirkung der drei Rückstellfedern 23, 27 und 31 auf die in Fig. 1 dargestellte Ruhelage zurück.
Der in der Zeichnung dargestellte Thermostateinsatz 10 kann ohne weitere Maßnahmen gegen einen handelsüblichen Thermostateinsatz für nur zwei Ventilö££nungen ausgetauscht werden. Er weist gegenüber einem solchen einen nur unwesentlich höheren Bauaufwand auf.

Claims

Thermostatisches Regelventil für den Kühlkreislauf von 3rennkraftma s chinen Patentansprche (7.)Thermostatisches Regelventil für den Kühlkreislauf von Brennkraftmaschinen, - mit einem einzigen Dehnstoffelement als temperaturabhängiger Stellmotor, - das sich mit einer Kolbenstange gegen ein im Ventilgehäuse feststehendes Widerlager abstützt und - das an seinem gegen eine erste Rückstellfeder beweglichen Gehäuse ein einziges Kühler-Ventilteller und ein einziges Kurzschluß-Ventilteller zum wechselseitigen Steuern einer ersten und einer zweiten Vertilöffnung sowie -zwischen diesen Ventiltellern eine ungesteuerte Ein- oder Austrittsöffnung aufweist, - wobei das Kurzschluß-Ventilteller von einer zweiten Rückstellfeder in Richtung zur zweiten Ventilöffnung auf einen Endanschlag am Gehäuse des Dehnstoffelementes gedrängt ist und - wobei sich die erste Rückstellfeder an einem im Ventilgehäuse feststehenden weiteren Widerlager abstützt, - das mit einem Ringflansch das Gehäuse des Dehnstoffelementes im Bereich des Kurzschluß-Ventiltellers umgibt gekennzeichnet durch die teilweise für sich bekannten Merkmale, daß sich der Ringflansch (24) zwischen einer äußeren Abdichtung am Ventilgehäuse (8) und einer inneren dritten Ventilöffnung (34) erstreckt, - die vom Kurzschluß-Ventilteller (28) in dessen Ruhelage verschlossen ist, - wobei diese Ruhelage vom Endanschlag (29) des Kurzschluß-Ventiltellers (28) am Gehäuse (17) des Dehnstoffelementes (16) und von der ersten Rückstellfeder (23) für dieses Gehäuse (17) bestimmt und - von einem abgedichteten Schiebesitz des KUhler-Ventiltellers (21) auf dem Gehäuse (17) des Dehnstoffelementes (16) ermöglicht ist und - wobei eine dritte Rückstellfeder (31) das Kühler-Ventilteller (21) in Richtung zur ersten Ventilöffnung (20) und zu einem weiteren Endanschlag (32) unmittelbar am Gehäuse (17) des Dehnstoffelementes (16) drängt.
2, Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzei=hnet, - daß sich an einem radialen Bund (26) am Gehäuse (17) des Dehnstoffelementes (16) zusammen mit der zweiten Rückstellfeder (27) für das KurzschlußVentilteller (28) ein Federteller (25) in Richtung zum Kühler-Ventilteller (21) abstützt, - an dem sich in gleicher Richtung auch die erste RUckstellfeder (23) für das Gehäuse (17) des-Dehnstoffelementes (16) und - in entgegengesetzter Richtung die dritte Rückstellfeder (31) für das Kühler-Ventilteller (21) abstützen.
3. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - daß in das Ventilgehäuse (8) zwischen der zweiten und der dritten Ventilöffnung (33 bzw. 34) ein Anschluß einer Heizungsrücklaufleitung (13) von einer im Kühlkre i slauf liegenden Fahrzeug- Innenraum-Heizung (4) mündet.

4, Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein wesentlicher Teil der Wandungen des Ventilgehäuses (8) einstückig in einem sich-beim Warmlauf rasch erwärmenden Bauteil der Brennkraftmaschine (1), wie Zylinderkopf (7) und Zylinderblock, ausgebildet ist.