DE3018682A1

DE3018682A1 - Thermostatventil

Info

Publication number: DE3018682A1
Application number: DE19803018682
Authority: DE
Inventors: D Ange D Orsay Emmanuel Poirer
Original assignee: Sev Marchal
Current assignee: Sev Marchal
Priority date: 1979-05-18
Filing date: 1980-05-16
Publication date: 1980-11-20
Also published as: JPS55155979A; FR2456838B1; DE3018682C2; FR2456838A1

Description

Bezeichnung;

Thermostatventil.
Beschreibung:

Die Erfindung bezieht sich auf ein Thermostatventil für den Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors, insbesondere in einem Automobil, das von einem temperaturempfindliehen T-Glied gesteuert ist, dem das vom Motor kommende Kühlmittel zugeführt wird und das in Abhängigkeit von der Position mindestens eines Schließkörpers in bezug auf dessen Dichtsitz diese Flüssigkeit in eine Umwegleitung und/oder in eine Zuleitung eines Kühlers leitet, wobei die Position dieses Schließkörpers vom T-Glied bestimmt ist, das der Temperatur des umlaufenden Kühlmittels ausgesetzt ist.

Bekanntlich können Verbrennungsmotoren für Automobile durch eine Flüssigkeit, beispielsweise durch Wasser,

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gekühlt werden. Das Wasser läuft in einem geschlossenen Kreislauf, angetrieben von einer Zirkulationspumpe, um, die wiederum durch den Verbrennungsmotor angetrieben wird. Bei den bekannten Kühlsystemen dieser Art fließt die aus dem Verbrennungsmotor kommende Kühlflüssigkeit in einen Wärmetauscher, beispielsweise in einen Kühler, wo sie einen Teil ihrer Wärmeenergie abgibt und als kühlere Flüssigkeit wiederum dem Motor zugeführt wird. Zwischen der Zuleitung und der Ableitung des Kühlers wird allgemein eine Umwegleitung angeordnet. Die Aufzweigung im Bereich der Zuleitung des Kühlers wird mittels eines Thermostatventils erreicht. Ist der Motor beim Start kalt, läßt dieses Ventil das Kühlmittel durch die Umwegleitung zirkulieren. Erreicht jedoch die Temperatur des Kühlmittels einen vorgegebenen Wert, unterbricht das Ventil den Durchgang der Flüssigkeit in die Umwegleitung, so daß das gesamte Kühlmittel durch den Kühler strömt.

Das Thermostatventil kann ausschließlich dafür vorgesehen sein, die Umwegleitung abzuschließen. Es ist jedoch bereits bekannt, dieses Ventil sowohl zur Absperrung der Umwegleitung als auch zur Öffnung der Zuleitung des Kühlers einzusetzen. Ventile dieser Art wer- den gewöhnlich durch eine Expansionskapsel gesteuert,

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die der Temperatur des Kühlmittels ausgesetzt ist. Aus der FR-PS 2 388 994 ist jedoch auch bekannt, das Ventil in Abhängigkeit von mindestens einer Zustandsgröße des Verbrennungsmotors über eine Betätigungseinrichtung zu steuern. Diese den Arbeitszustand des Motors charakterisierende Zustandsgröße wird mittels eines geeigneten Meßwertgebers aufgenommen, dessen Meßwert in einem Rechner verarbeitet wird, um einen Steuerwert zu erhalten, der für die Betätigungseinrichtung geeignet ist.

Diese Thermostatventile, die von einem Glied gesteuert werden, das auf die Temperatur des Kühlmittels reagiert, haben einen recht einfachen Aufbau, jedoch den Nachteil, daß sie keine ausreichend gute Regelung der Temperatur des Kühlmittels ermöglichen, weil ein vollständiges Verschieben des beweglichen Elements in dem Ventil, das zu einer Absperrung der Umwegleitung führt, in einem breiten Temperaturbereich erfolgt. Steuert man jedoch im Gegensatz hierzu entsprechend der Lehre FR-PS 2 388 994 das Ventil nur von außen, so riskiert man bei Ausfall der Steuerung eine Funktionsstörung. Entweder bleibt die Temperatur des Kühlmittels auf einem zu geringen Wert, wenn der Kühler ständig eingeschaltet ist, oder die Temperatur des Kühlmittels erreicht einen zu hohen

Wert, weil die gesamte umlaufende Menge ständig durch

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die Umwegleitung strömt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Ventile zu vermeiden und ein Thermostatventil zu schaffen, das einerseits eine präzise Regelung der Temperatur des Kühlmittels ermöglicht und bei dem zugleich andererseits für den Fall, daß die dem Ventil zugeordnete Regeleinrichtung ausfällt, jegliche gravierende Funktionsstörung vermieden wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß dem T-Glied ein Heizwiderstand zugeordnet ist, durch den ein in Abhängigkeit von mindestens einer Zustandsgröße des Motors bestimmter Strom fließt.

Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, einem Thermostatventil, das von einem temperaturempfindlichen Glied, wie z.B. einer sich bei Wärmezufuhr ausdehnenden Kapsel, gesteuert ist, eine Regelvorrichtung zuzuordnen, die auf dieses temperaturempfindliche Glied einwirkt. Auf diese Weise ermöglicht es die Regelvorrichtung, die Variationsbreite in der Temperatur des Kühlmittels einzuschränken. Weiterhin ermöglicht sie für den Fall, daß die Regelung ausfällt, die Funktion eines Thermostatventils nach dem Stand der Technik, das durch eine, sich bei Wärmezufuhr

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—Ιοί ausdehnende Kapsel gesteuert ist. Das Ventil unterliegt also zugleich zwei Einflußgrößen: Einerseits wird es direkt mittels des temperaturempfindlichen Gliedes vom Kühlmittel beeinflußt, andererseits wird es über dasselbe temperaturempfindliche Glied über eine zusätzliche Regeleinrichtung gesteuert. Der Einfluß der zusätzlichen Steuerung macht sich jedoch nur in einer verfeinerten, präziseren Regelung im Sinne einer Korrektur bemerkbar. Dadurch ist die Energie, die dieser zusätzlichen Regelung zugeführt werden muß, ausgesprochen gering, denn der Hauptanteil der zur Steuerung des Ventils notwendigen Arbeit wird unmittelbar von der Wärmeenergie des Kühlmittels, das auf das wärmeempfindliche Glied einwirkt, geleistet.

Dies war bei der Vorrichtung nach der FR-PS 2 388 nicht der Fall.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das T-Glied als Expansionskapsel ausgebildet, die in die Kühlflüssigkeit eingetaucht ist. Diese Ausdehnungskapsel hat zwei Elemente, die unter dem Einfluß von Änderungen in der Umgebungstemperatur gegeneinander eine Verschiebebewegung ausführen können. Eines dieser Elemente ist gegenüber dem Ventilgehäuse ortsfest, das andere Element, das mindestens einen Schließkörper des

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Ventils trägt, ist beweglich und steht unter der Wirkung einer Rückstellfeder. Vorzugsweise hat das bewegliche Element des T-Gliedes zwei Schließkörper, von denen der eine geschlossen ist, wenn der andere sich in Öffnungsstellung befindet. Einer dieser Schließkörper steuert die Zuleitung in die Umwegleitung, der andere steuert den Zufluß in den Kühler (Wärmeaustauscher).

In einem ersten Ausführungsbeispiel ist die Ausdehnungskapsel, die das T-Glied bildet, von einem Heizwiderstand umgeben. In einem zweiten, bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Heizwiderstand im Inneren des sich bei Wärmezufuhr ausdehnenden Mittels der Expansionskapsel untergebracht.
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Vorzugsweise wird der Heizwiderstand von einem Strom durchflossen, der in Abhängigkeit von der Temperatur der umlaufenden Kühlflüssigkeit gewählt ist. In einer ersten Ausführung wird dem Heizwiderstand entweder ein Strom mit dem Wert Null oder ein konstanter Strom mit einem Wert ungleich Null mittels einer Vergleichsstufe zugeführt, die zwei Schaltpunkte aufweist. Ein Schaltpunkt Θ- ist ansteigenden Temperaturen 0 zugeordnet, der andere Schaltpunkt 0„ wird bei fallenden Temperaturen θ erreicht. Die Regeltemperatur 0 wird gewählt als

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arithmetischer Mittelwert dieser beiden Schaltpunkte, al-(Q₁ + O)

so 0 =» g . In einem zweiten Ausführungsbei-

r a

spiel wird dem Heizwiderstand ein Strom I zugeführt, der einen Wert I=I +Κ(θ-Θ) hat, I und K sind

ο ro

Konstanten, K = ungleich Null, θ - die gewählte Regeltemperatur. In einem ersten Ausführungsbeispiel kann I so gewählt werden, daß diese Konstante gleich der Hälfte des Maximalwertes des Stromes I ist; in einem anderen Ausführungsbeispiel wird I als Null vorgegeben, in diesem Fall ist der Strom I proportional der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur θ der Kühlflüssigkeit und der gewählten Regeltemperatur θ . Venn I im wesentlichen gleich der Hälfte des Maximalstroms I ist, erreicht man einen symmetrischen Funktionsablauf der Regelung für ansteigende und abfallende Temperaturen, da man durch eine Erhöhung oder durch eine Erniedrigung des Stromes in bezug auf seinen Mittelwert das eine hohe Wärmeausdehnung aufweisende Mittel in der Expansionskapsel aufheizen oder abkühlen kann.

Vorzugsweise liegt die Regeltemperatur θ in Nähe der gewünschten Solltemperatur 0 der umlaufenden Kühlflüs-

sigkeit oder entspricht diesem Wert. Der maximale, dem Heizwiderstand zugeführte Strom reicht vorzugsweise nicht aus, um eine vollständige Absperrung der Umweg-

ORlGIiMAL INSPECTED

0 3 0 0 A 7 /ΊΓίΠ

leitung (Bypass) zu bewirken, wenn nicht die Temperatur θ der Kühlflüssigkeit zumindest in Nähe der gewünschten Solltemperatur θ gestiegen ist. Weiterhin kann vorteilhafterweise vorgesehen werden, daß für den Fall, daß kein Strom durch den Heizwiderstand fließt, das T-Glied zunehmend die Umwegleitung verschließt, wenn die Temperatur θ der Kühlflüssigkeit in die Nähe der gewünschten Solltemperatur θ kommt, und daß das T-Glied die Umwegleitung vollständig absperrt, bevor die Temperatur θ den Siedepunkt der in dem Kühlsystem zirkulierenden Flüssigkeit erreicht hat.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden näher beschrieben und unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kühlkreislaufs mit Thermostatventil nach der Erfindung,

Fig. 2 ein axialer Längsschnitt durch ein Thermostatventil, wie es im Kühlsystem gemäß Fig. 1 eingesetzt ist,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Position des verschiebbaren Elements des Ventils gemäß Fig. 2

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in Abhängigkeit von der Temperatur θ der Kühl

flüssigkeit, für den Fall, daß kein Strom durch den Heizwiderstand fließt, und für den Fall, daß der Strom I durch den Heizwiderstand seinen Maximalwert annimmt,

Fig. 4 ein Blockschaltbild der elektronischen Regelstufe für die Einspeisung eines Stromes in einen Heizwiderstand bei einem Ventil gemäß Fig. 2, Io

Fig. 5 eine graphische Darstellung des Temperaturverlaufs der in einem Kreislauf entsprechend Fig. zirkulierenden Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Zeit,
15

Fig. 6 eine in gleichem Zeitmaßstab wie Fig. 5 aufgetragene, funktionale Abhängigkeit des Stromes, der durch einen Heizwiderstand in einem Ventil gemäß Fig. 2 hindurchfließt.
2o

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Verbrennungsmotor eines Automobils bezeichnet, die Kühlung dieses Motors 1 wird durch einen Wasserkreislauf gewährleistet. Das Wasser wird in dem Kühlsystem mittels einer Zirkulationspumpe 2 in Bewegung

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gehalten. Zum Kreislauf gehört weiterhin ein Wärmeaustauscher 3, allgemein "Kühler" genannt, dem ein Ventilator 4 zugeordnet ist. Dieser drückt oder saugt Luft durch den Kühler 3, wodurch das im Kreislauf zirkulierende Wasser abgekühlt wird. Mittels einer Umwegleitung 5 wird erreicht, daß das Kühlwasser in einem Kühlkreislauf umlaufen kann, ohne durch den Kühler 3 hindurchzulaufen. Die Aufteilung der Wasserflüsse auf die Umwegleitung 5 und den Kühler 3 wird mittels eines Thermostatventils erreicht. Im einzelnen ist ein Ausführungsbeispiel eines derartigen Thermostatventils 6 in Fig. 2 gezeigt.

Die Kühlflüssigkeit erreicht das Ventil 6 durch die Leitung 7, das Wasser strömt entweder durch die Umwegleitung 5 oder durch die Zuleitung 8 ab, die zum Kühler 3 führt. Im Inneren des Ventils 6 ist ein Tragteil 9 angeordnet, das als Ringflansch am Ausgangspunkt der Zuleitung 8 ausgebildet ist. Dieses Tragteil 9 bildet einen ersten Dichtsitz lo, der mit einem kegelstumpfförmigen Schließkörper 11 zusammenwirkt. Dieser verschließt den Einlaß in die Zuleitung 8, wenn er sich in Anlage am Dichtsatz Io befindet. Das Tragteil 9 hat weiterhin einen Bügel 12, der die von Dichtsitz Io begrenzte Öffnung übergreift und in seinem oberen Bereich einen ortsfesten Kolben 13 einer Expansionskapsel, die als Ganzes

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mit dem Bezugszeichen 14 versehen ist, trägt. Diese Kapsel 14 wird durch den Kolben 13 und einen Zylinder 15 gebildet, welcher das verschiebbare Element der Kapsel 14 bildet. Der Zylinder 15 umschließt ein Mittel 16 mit hoher Warmeausdehnung, z.B. ein Wachs. Die in Abhängigkeit von der Temperatur erfolgende Ausdehnung bewirkt eine Verschiebung des Zylinders 15 gegenüber dem Kolben 13. Der Zylinder 15 ist starr mit dem Schließkörper 11 verbunden und wird ständig durch eine Feder 17 gegen den Kolben 13 gedrückt. Diese Feder 17 stützt sich einerseits am Schließkörper 11 ab, und zwar an der vom Dichtsitz Io abgewandten Seite dieses Schließkörpers 11, andererseits liegt die Feder 17 an einem Bügel 18 an, der starr, z.B. einstückig, mit dem Tragteil 9 verbunden ist. Dieser Bügel 18 ist auf derjenigen Seite des der Befestigung dienenden Ringflanschs des Tragteils 9 angeordnet, auf der sich nicht der Bügel 12 befindet. Der Zylinder 15 kann sich frei durch den Bügel 18 hindurchbewegen, indem er durch eine kreisförmige Öffnung 18a dieses Bügels 18 hindurchreicht. Der Zylinder 15 hat an seiner Basis, also auf seiner, dem Schließkörper 11 abgewandten Seite eine Befestigung 15a, durch die er mit einem Schließkörper 19 verbunden ist. Dieser Schließkörper 19 wirkt mit einem Ventilsitz 2o zusammen und kann den Einlaß zur Umweg-

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leitung 5 absperren.

Unter dem Einfluß einer Temperaturerhöhung der Kühlflüssigkeit, in die die Expansionskapsel 14 eingetaucht ist, steigt das Volumen des sich bei Wärmezufuhr ausdehnenden Mittels 16 an, wodurch der Zylinder 15 zusammen mit den ihm zugeordneten Schließkörpern 11 und 19 gegenüber dem Kolben 13, d.h. also gegenüber dem Gehäuse des Ventils Io, verschoben wird, da der Kolben 13 fest mit dem Tragteil 9 verbunden ist. Bei einer derartigen Bewegung nähert sich der Schließkörper 19 seinem Dichtsitz 2o, der Schließkörper 11 dagegen bewegt sich von seinem Sitz Io weg. Hieraus folgt, daß der in die Umwegleitung 5 fliessende Anteil der Kühlflüssigkeit geringer wird, der in die Leitung 8 eintretende Flüssigkeitsstrom wächst dagegen an, insgesamt wird also der Anteil der Flüssigkeit, der durch den Kühler 3 hindurchläuft, erhöht, wo durch aufgrund des Wärmeaustausche die Temperatur der Kühlflüssigkeit stärker verringert wird. Versperrt der

Schließkörper 19 vollständig die Umwegleitung 5, ist

der Eingang in die Leitung 8 vollständig geöffnet: Falls nun ein Temperaturabfall in der Kühlflüssigkeit auftritt, nimmt das Volumen des sich bei Wärmezufuhr ausdehnenden Mittels 16 ab und der Zylinder 15 bewegt sich unter der Wirkung der Rückstellfeder 17 gegenüber dem

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Kolben 13, er nähert sich dem Bügel 12. Bei dieser Bewegung kommt der Schließkörper 11 näher an seinen Dichtsitz Io heran, während sich der Schließkörper 19 von seinem Dichtsitz 2o wegbewegt. Hieraus folgt, daß die Menge des in die Zuleitung 8 eintretenden Kühlmittels abnimmt, während die in die Umwegleitung 5 eintretende Flüssigkeitsmenge ansteigt. Hierdurch wird die Temperatur der Kühlflüssigkeit erhöht, da der Wärmeaustausch im Kühler 3 reduziert ist. Diese eben beschriebenen Funktionsablaufe treten bei einem Thermostatventil nach dem Stand der Technik auf.

Erfindungsgemäß ist im Inneren des Zylinders 13 eine Heizkerze 21 angeordnet, die in das Innere des sich bei Wärmezufuhr ausdehnenden Mittels 16 eingetaucht ist und einen Heizwiderstand 22 umschließt. Diese Heizkerze 21 ist mit dem Kolben 13 verbunden, die beiden Anschlußenden des Heizwiderstandes 22 treten im oberen Bereich des Kolbens 13 aus, in dem Bereich, in dem der Kolben 13 im Bügel 12 gehalten ist. Es ist verständlich, daß die Wirkung des Widerstandes 22 auf das Mittel 16 in der gerade beschriebenen Anordnung besonders wirkungsvoll ist, da der Widerstand 22 sich vollständig im Inneren des Mittels 16 befindet. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann vorgesehen werden, den Widerstand 22 so anzu-

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ordnen, daß er eine den Zylinder 15 umgebende Spule bildet. In diesem Fall wirkt sich eine Aufheizung aufgrund des Widerstandes 22 ebenfalls auf das Mittel 16 aus, sie wirkt jedoch zugleich auch auf die Kühlflüssigkeit, die um die Expansionskapsel 14 herumfließt. Dies ist für die beabsichtigte Wirkung weniger günstig. Ist der Widerstand 22 am äußeren Bereich des Zylinders 15 angeordnet, so tritt zudem die Notwendigkeit auf, ihn vollständig gegenüber der Kühlflüssigkeit zu isolieren, so daß dieses Ausführungsbeispiel hinsichtlich der Wirksamkeit und der Einfachheit der Ausführung nicht als das beste erscheint.

In Fig. 3 ist die Verschiebung L des Zylinders 15 und seiner Schließkörper 11 und 19 gegenüber einem mit dem Gehäuse des Ventils 6 verbundenen Fixpunkt aufgetragenen in Funktion von der Temperatur 0 des umlaufenden Kühlmittels. Die Kurve 23 zeigt die Verschiebung, die erreicht wird, wenn am Widerstand 22 kein Strom anliegt. Die Kurve 24 zeigt die Verschiebung, die erreicht wird, wenn am Widerstand 22 kein Strom anliegt. Die Kurve 24 zeigt die Verschiebung, die erreicht wird, wenn dem Widerstand 22 ein maximaler Strom zugeführt wird. Der Abstand L₁ entspricht einer Position des Zylinders 15, bei der der Schließkörper 11 an seinem Dichtsitz Io anliegt. Die Position L entspricht einer Stellung des

0 3 0 0 U 7 / 0 9 3 U

-2ο-

Zylinders 15, bei der der Schließkörper 19 an dem ihm

zugeordneten Dichtsitz 2o anliegt. Wird eine Temperaturregelung für die Kühlflüssigkeit um den Wert 95°C (= 378 K) gewünscht, so wählt man eine Kurve 23, deren δ Fußpunkt sich bei 95°C befindet, und eine Kurve 24, deren oberster Punkt sich ebenfalls bei 95 C befindet. Die Kurven 23 und 24 verlaufen im wesentlichen parallel zueinander, da sie der Ausdehnung des Mittels 16 entsprechen. Sie erstrecken sich über eine Bandbreite von ungefähr Io C. Die Auswahl der Kurven wird dabei innerhalb der Bedingungen für den Kühlkreislauf so getroffen, daß die Siedetemperatur der Kühlflüssigkeit oberhalb der maximal von der Kurve 23 erreichten Temperatur liegt. Die Kurve 23 entspricht der Arbeitskurve eines Thermostatventils 6 nach dem Stand der Technik, da durch den Widerstand 22 kein Strom fließt. Wird ein Strom durch den Widerstand 22 hindurchgeleitet, so erkennt man, daß man auf diese Weise von der Kurve 23 zur Kurve 24 gelangen kann, indem man Einfluß auf den durch den Widerstand 22 fließenden Strom nimmt. Auf diese Weise kann man zu jedem Zeitpunkt einen innerhalb des in Fig. 3 gestrichelt dargestellten Bereichs zwischen den beiden vertikalen Y- und Y_ liegenden Arbeitspunkt wählen. Y₁ und Y„ liegen symmetrisch bezüglich einer vertikalen Geraden in der Graphik, der eine Temperatur von 95 C entspricht.

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Hieraus wird ersichtlich, daß man durch Änderung der Stromeinspeisung in den Widerstand 22 erreichen kann, daß die Temperatur der Kühlflüssigkeit innerhalb des schmalen Bereichs um die gewünschte Temperatur von 95 C bleibt, wohingegen bei einem Ventil nach dem Stand der Technik dieser Temperaturbereich notwendigerweise durch die Ansprechpunkte der Expansionskapsel gegeben war und der Temperaturbreite entspricht, die die Kurve 23 einnimmt, also etwa lo°C.

In den Figuren 4-6 ist beispielhaft eine mögliche Ausführung der Regelung für die elektrische Stromeinspeisung in den Widerstand 22 gezeigt. Dem Widerstand 22 ist eine Vergleichsstufe 25 mit Hysteresis-Kennlinie zugeordnet, an der einerseits eine der tatsächlichen Temperatur θ der Kühlflüssigkeit entsprechende Eingangsspannung, die mit Hilfe eines am Ausgang des Motors 1 angeordneten Meßwertgebers 26 gemessen ist, und andererseits eine Eingangsspannung anliegt, die der Reverenztemperatur θ entspricht, diese wiederum stimmt mit der gewünschten Solltemperatur 0 für die Kühlflüssigkeit überein. Die Ausgangsspannung der Vergleichsstufe 25 wird einem Verstärker 27 zugeführt, der Strom in den Widerstand 22 einspeist. Die gesamte Regelschaltung mit Vergleichsstufe 25 und Verstärker 27 ist in Fig. 1 als

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Regelstufe 28 gezeigt. Die Vergleichsstufe 25 hat zwei Schaltpunkte, einer entspricht einer Temperatur Q₁ für ansteigende Temperaturen O, der andere entspricht einer Temperatur O für abfallende Temperaturen. Es gilt:

0 - (O₁ + 0_o)/2. Steigt die Temperatur θ an, befindet sie sich jedoch noch unterhalb der Temperatur O₁, so ist der in den Widerstand 22 eingespeiste Strom Null. Erreicht die Temperatur den Wert θ , so springt der durch den Widerstand 22 fließende Strom auf seinen Maximalwert. Hierdurch wird das Volumen des Mittels 16 erhöht, wodurch wiederum der Anteil der durch den Kühler 3 hindurchströmenden Kühlflüssigkeit anwächst. Die Temperatur 0 fällt nun wieder ab, wie anhand des mit dem Bezugszeichen 29 versehenen, abfallenden Astes in Fig. 5 zu erkennen ist. Erreicht die Temperatur 0 den Schwellwert Q₂, fällt der durch den Widerstand 22 fließende Strom auf den Wert Null. Hierdurch kühlt sich das Mittel 16 ab, wodurch die Menge des durch den Kühler 3 strömenden Kühlmittels verringert wird. Dadurch steigt die Temperatür 0 wieder an, wie sie anhand des Astes 3o in Fig. 5 ersichtlich ist. Insgesamt wird also klar, daß durch eine Stromzufuhr entweder mit einem festen Stromwert oder mit dem Wert Null die Temperatur θ zwischen den beiden Schwellwerten θ und Q_n um die Reverenztempera-

1 *

tür 0 gehalten werden kann. In Fig. 6 ist der zeitliche

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Verlauf des in den Widerstand 22 eingespeisten Stromes gezeigt. Diese Figur hat einen mit der in Fig. 5 gezeigten Temperatur-Regelkurve übereinstimmenden Zeitmaßstab.

Tritt in der elektronischen Regelstufe 28 ein Ausfall auf, so können zwei Fälle auftreten: Entweder bleibt der Strom I Null oder der Strom I behält ständig seinen Maximalwert bei. Ist der Strom I auf Dauer Null, so funktioniert das Kühlsystem entsprechend der Kurve 23 in Fig. 3, d.h., der Zufluß von Kühlmittel in den Kühler 3 beginnt bei 95°C und ist bei lo5°C (378 K) vollständig. Insgesamt spielt sich also in einem derartigen Fall bei normalem Arbeitsablauf des Automobils eine Regelung um den Mittelwert loo C ein. Unter extremen Arbeitsbedingungen kann die Temperatur des Kühlmittels bis auf lo5°C steigen, auf jeden Fall bleibt sie jedoch unterhalb der Siedetemperatur dieses Kühlmittels. Der Motor 1 wird dadurch etwas heißer als es wünschenswert ist, er kann jedoch trotzdem in geeigne ter Weise arbeiten. Ist jedoch im Gegensatz zu dem be trachteten Fall der Strom durch den Widerstand 22 ständig auf seinem Maximalwert, so entspricht die Arbeitskennlinie des Ventils 6 der Kurve 24 in Fig. 3, so daß in diesem Fall die Einspeisung in den Kühler 3 bei 85°C (358 K) beginnt. Die gesamte Kühlflüssigkeit läuft

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durch den Kühler 3, sobald die Temperatur 0 den Wert 95 C erreicht hat. Bei Normalbetrieb stellt sich die Temperatur etwa in der Nähe von 9o C ein. Diese Temperatur ist etwas zu gering im Vergleich mit der gewünschten Temperatur von 95 C, aber auch bei dieser Temperatur ist ein zufriedenstellendes Arbeiten des Motors 1 gewährleistet.

Insgesamt wird also deutlich, daß durch das Thermostatventil 6 nach der Erfindung und mittels der Regelstufe 28, die auf den Widerstand 22 einwirkt, eine Verfeinerung der Temperaturregelung des Kühlmittels erreicht wird. In keinem Fall kann jedoch ein Ausfall der elektronischen Regeleinrichtung dazu führen, daß ein normales Arbeiten des Motors 1 unmöglich ist. Der Hauptanteil der Stellarbeit, die von der Expansionskapsel 14 ausgeführt wird, wird direkt von der Wärmeenergie des Kühlmittels geleistet und in das eine Wärmeausdehnung aufweisende Mittel 16 übertragen. Der Widerstand 22 wird lediglich erwärmt, um eine Korrektur zu erhalten, die das Regelintervall kleiner macht, hieraus folgt, daß die vom Widerstand 22 verbrauchte Energie ausgesprochen gering ist.

Die Stromeinspeisung in den Widerstand 22 kann auch mit

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einer anderen Vorrichtung als der beschriebenen Regelstufe durchgeführt werden. Insbesondere kann ein Strom I genutzt werden, der proportional der Temperaturdifferenz

Q-O ist. Ist θ kleiner als θ , so ist der Strom I r r

Null. Das Kühlmittel zirkuliert durch die Umwegleitung 5, die Temperatur θ steigt an. Sobald 0 größer wird als θ , fließt ein Strom I durch den Widerstand 22. Dies bewirkt, daß Kühlmittel durch den Kühler 3 hindurchfließt und die Umwegleitung 5 versperrt wird. Infolgedessen sinkt die Temperatur 0 ab. Auf diese Weise kann man die Kühlmitteltemperatur Q im wesentlichen auf einem konstanten Wert halten.

In einem anderen Ausführungsbeispiel wird in den Widerstand 22 ein Strom I=I +K (0-0) eingespeist. Da-

o ^r

bei ist K eine Konstante und ungleich Null, I ist im wesentlichen gleich dem halben Maximalwert des durch den Widerstand 22 fließenden Stroms I. Jedesmal wenn 0 gleich 0 ist, fließt ein konstanter Strom I durch den Widerstand 22. Durch Erhöhung oder durch Verringerung dieses Stromes I durch den Widerstand 22 kann man das Mittel 16 in der Expansionskapsel 14 aufwärmen oder abkühlen. Bei dieser Anordnung wird eine symmetrische Arbeitskurve für das Öffnen und das Schließen der Einspeisung in den Kühler 3, also bei wachsenden und bei abfal-

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lenden Temperaturen erreicht. Der Strom I kann variiert werden, indem eine Proportionalregelung vorgesehen wird, dabei wird aber der Fehler in bekannter
Weise integriert (Fehler Null bei Dauerbetrieb). Es
soll betont werden, daß das oben beschriebene Ausführungsbeispiel keineswegs einschränkend ist und innerhalb des Rahmens der Erfindung weitere Ausführungsbeispiele möglich sind.

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eerseite

Claims

Maxton · Maxton · Langmaack

Patentanwälte Maxton 4 Langmaack · Pferdmengeastr. 50 · 5000 Köln Anraelderin:

Societe pour 1'Equipement de Vehicules 26, rue Guynemer 92132 Issy-les-Moulineaux

Robert Brede (1895-1943) Alfred Maxton er. (1943-1978) Alfred Maxton Jürgen Langmaack Diplom-Ingenieure

zugelassen bei dem Europäischen Patentamt

5000 Köln 5i

Unsere Zeichen

559 pg Bezeichnung;

Datum

14.05.80

Thermostatventil.

Ansprüche;

Therraostatventil für den Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors, insbesondere in einem Automobil, das von einem teraperaturempfindlichen T-Glied gesteuert ist, dem

Io das vom Motor kommende Kühlmittel zugeführt wird und das in Abhängigkeit von der Position mindestens eines Schließkörpers in bezug auf dessen Dichtsitz diese Flüssigkeit in eine Umwegleitung und/oder in eine Zuleitung eines Kühlers leitet, wobei die Position dieses Schließkörpers

15 vom T-Glied bestimmt ist, das der Temperatur des umlau-

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Telefon:.(0221) 380238 · Telegramm: Inventator Köln · Telex: 9883555 max d Postscheckkonto Köln (BLZ 37010050) Kto.-Nr. 152251-500 · Deutsche Bank AG Köln (BLZ 370700 60) Kto.-Nr. 1236181

fenden Kühlmittels ausgesetzt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß dem T-Glied ein Heizwiderstand (22) zugeordnet ist, durch den ein in Abhängigkeit von mindestens einer Zustandsgröße des Motors (1) bestimmter Strom I fließt.

2. Thermostatventil nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeic hnet, daß das T-Glied eine in das umlaufende Kühlmittel eingetauchte Expansionskapsel (14) ist.

3. Thermostatventil nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionskapsel (14) zwei Elemente (Kolben 13 und Zylinder 15) auf- weist, die aufgrund von Temperaturänderungen ihrer Umgebung gegeneinander verschiebbar sind und von denen eins am Gehäuse des Thermostatventils (6) festliegt, während das andere verschiebbar ist, mindestens einen Schließkörper (11, 19) des Ventils (6) trägt, und von einer Rückstellfeder (17) beaufschlagt ist.

4. Thermostatventil nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß das verschiebbare Element des T-Glieds zwei Schließkörper (11, 19) aufweist, von denen der eine sich in Schließstellung befin-

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det, wenn der andere geöffnet ist, und daß ein Schließkörper (19) die Einspeisung in die Umwegleitung (5) steuert, während der andere Schließkörper (11) der Zuleitung (8) zum Kühler (3) zugeordnet ist.

5. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennze ichnet, daß die Expansionskapsel (14) von einem Heizwiderstand (22) umgeben ist.

6. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwiderstand (22) im Inneren des sich unter Wärmezufuhr ausdehnenden Expansionsmittels (16) in der Kapsel (14) angeordnet ist.

7. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Heizwiderstand (22) ein in Abhängigkeit von der Temperatur θ des umlaufenden Kühlmittels bestimmter Strom I anliegt.

8. Thermostatventil nach Anspruch 7,

dadurch gekennze i chne t, daß am Heizwiderstand (22) über eine, zwei Schaltzustände aufweisende Vergleichsstufe (25) ein Strom anliegt, der entweder Null ist oder einen von Null verschiedenen konstanten Wert hat,

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daß der eine Schaltpunkt θχ ansteigenden und der andere

Schaltpunkt O₀ abfallenden Temperaturen θ zugeordnet ist

0+0 1 2

und daß die Regeltemperatur 0 gewählt ist als 0 = s

r r ζ

(arithmetisches Mittel).

9. Thermostatventil nach Anspruch 7, dadurch gekennze ichne t, daß dem Heizwiderstand (22) ein Strom I mit dem Wert I=I +K (0-0)

ο r

zugeleitet wird, wobei I und K Konstanten sind, K ungleich Null ist und 0 die gewünschte Regeltemperatur ist.

Io. Thermostatventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstante I im wesentlichen gleich der Hälfte des Maximalwerts des Stroms I ist.

11. Thermostatventil nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß die Konstante I den Wert Null hat. 2o

12. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeltemperatur 0 nahe (oder gleich) der für das Kühlmittel gewünsch-

ten Solltemperatur 0 ist.

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-b-

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13. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennze i chnet, daß der dem Heizwiderstand (22) maximal zugeführte Strom I nicht allein ausreicht, um die Umwegleitung (5) vollständig abzusperren, sondern daß das Kühlmittel eine zumindest in Nähe der Solltemperatur 9 liegende Temperatur 0 erreichen muß.

14. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schaltzustand, in dem am Heizwiderstand (22) kein Strom I anliegt, das T-Glied zunehmend die Umwegleitung (5) sperrt, wenn das Kühlmittel eine Temperatur θ erreicht, die in Nähe der Solltemperatur θ liegt und daß das T-Glied die Umwegleitung (5) vollständig absperrt, bevor die Siedetemperatur des im Kühlkreislauf zirkulierenden Kühlmittels erreicht ist.

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