DE3504653A1

DE3504653A1 - Thermostatventil zur regelung der temperatur der kuehlfluessigkeit einer brennkrafmaschine

Info

Publication number: DE3504653A1
Application number: DE19853504653
Authority: DE
Inventors: Roland Ing.(Grad.) 7000 Stuttgart Saur
Original assignee: Behr Thomson Dehnstoffregler GmbH and Co
Current assignee: Behr Thomson Dehnstoffregler GmbH and Co
Priority date: 1985-02-12
Filing date: 1985-02-12
Publication date: 1986-08-14
Also published as: JPS61189378A; GB2170884A; GB8600114D0; US4674679A; GB2170884B; DE3504653C2; FR2577278B1; IT1204449B; IT8619376A0; FR2577278A1

Description

Thermostatventil zur Regelung der Temperatur der Kühlflüssigkeit einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein Thermostatventil zur Regelung der Temperatur der Kühlflüssigkeit einer Brennkraftmaschine, insbesondere . eines Kraftfahrzeugmotors, das den Kühlmittelfluß von der Maschine durch einen Kurzschluß (Bypass) und/oder durch einen Wärmetauscher zurück zur Maschine regelt, wobei ein einen Dehnstoff enthaltendes Gehäuse vorgesehen ist, das mit einer Schließfeder belastet ist, das Ventilteller trägt und das einen bei Erwärmung aus dem Gehäuse ausfahrenden und den Hub der Ventilteller bewirkenden Arbeitskolben enthält, dem als Widerlager ein mittels eines Stellorgans verstellbare Abstützkörper zugeordnet ist, der mit einer unterschiedliche Abstände zwischen ihm und dem Gehäuse ermöglichenden Steuerfläche versehen ist.

Bei einem Thermostatventil der eingangs genannten Art (DE-OS 32 26 104) wird im Prinzip die in der Praxis vielfach bewährte Ventilkonstruktion benutzt, nämlich ein Thermostatventil mit einem Gehäuse für Dehnstoff und einem ausfahrbaren Arbeitskolben. Durch Verändern der Abstände zwischen der Steuerfläche des Abstützkörpers und dem Gehäuse läßt sich die Ventilcharakteristik verändern, so daß eine Regelung der Temperatur der Brennkraftmaschine über die Temperatur der Kühlflüssigkeit· möglich ist. Diese Regelung kann die jeweils vorliegende Außentemperatur und weitere Parameter als Führungsgrößen benutzen, beispielsweise die Abgastemperatur, die "Drehzahl und/oder das Drehmoment des Motors, den Unterdruck im Saugrohr, die Druckdifferenz an einer Unterdruckdose, die öltemperatur o.dgl.

Im praktischen Betrieb mit einem derartigen Thermostatventil können sich Betriebszustände einstellen, durch die die Regelung verfälscht wird und ungewollte, und unerwünschte Ergebnisse er-

halten werden. Als Dehnstoff wird üblicherweise ein Wachs oder eine Wachsmischung angewandt, die auf einen bestimmten Temperaturbereich eingestellt ist. Das Stellorgan , enthält bevorzugt einen elektromotorischen Antrieb. Beim Abstellen der Brennkraftmaschine wird der elektromotorische Antrieb ebenfalls abgeschaltet, so daß das Stellorgan in seiner jeweiligen Regelstellung stehen bleibt. Mit dem Absinken der Temperatur des Kühlmittels erstarrt das als Dehnstoff dienende Wachs, so daß der Arbeitskolben des Thermostatventils ebenfalls in seiner jeweiligen Stellung stehen bleibt. Herrschen beim Wiedereinschalten der Brennkraftmaschine andere Bedingungen, was zu erwarten ist, wenn die Kühlmitteltemperatur abgesunken ist, so wird der Abstützkörper in eine diesem Betriebszustand entsprechende Regelstellung von dem Stellorgan verstellt. Wird bei diesem Verstellen die Steuerfläche des Abstützkörpers dem Gehäuse des Thermostatventils angenähert, so wird das Gehäuse unter Öffnen des Thermostatventils verschoben, da der Arbeitskolben nicht gegen das erstarrte Wachs in das Gehäuse hineingedrückt werden kann. Dadurch ergibt sich eine Störung der Regelung,, die zu ungewünschten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Thermostatventil der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auch bei einem Einschalten der Brennkraftmaschine keine Störungen in der Regelung auftreten können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß für den Arbeitskolben ein ihn in das Gehäuse zurückstellendes, federndes Rückstellmittel vorgesehen ist, dessen Rückstellkraft schwächer als die Kraft der Schließfeder bemessen ist.

Durch diese Ausbildung wird sichergestellt, daß der Arbeitskolben nach jedem mit einer Abkühlung des Kühlmittels verbundenen Abschaltung der Brennkraftmaschine zurückgestellt wird, so daß bei einem Wiederanfahren der Abstützkörper von dem Stellorgan

in die dem gewünschten Regelzustand entsprechende Stellung überführt werden kann, ohne daß dadurch bereits ein Ventilhub verursacht wird. Durch die Bemessung der Rückstellkraft in Relation zur Kraft der Schließfeder wird darüber hinaus sichergestellt, daß die übrige Funktion des Thermostatventils nicht gestört ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß der Rückstellweg des Arbeitskolbens durch einen Anschlag begrenzt ist. Um Störungen der Regelung zu vermeiden, genügt es, den Arbeitskolben über einen Rückstellweg zurückzustellen, der dem maximalen Weg der Steuerfläche des Abstützkörpers entspricht. Durch die Wegbegrenzung des Arbeitskolbens wird auch gleichzeitig die Wirkung des Rückstellmittels auf diesen Weg begrenzt. Damit wird zum einen erreicht, daß das Rückstellmittel nicht ständig auf das Abdichtelement im Innern des Gehäuses einwirkt, durch welches der Arbeitskolben von dem den Dehnstoff enthaltenden Bereich getrennt ist. Darüber hinaus wird auch sichergestellt, daß in der rückgestellten Stellung des Arbeitskolbens das Rückstellmittel nicht mehr gegen die Schließfeder wirkt, die die Ventilteller dann in der Regel in der Schließstellung hält, so daß in dieser Stellung ein ungewolltes Entlasten der Schließfeder vermieden wird. In anderer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß der Rückstellweg des Rückstellmittels begrenzt ist. Damit wird die gleiche Wirkung bezüglich der Entlastung der Schließfeder und des Dichtungselementes erhalten. ·

Bei einer anderen Lösung der Aufgabe wird vorgesehen, daß die elektrische Schaltung des Stellorgans mit einer Abschaltstufe versehen ist, durch die beim Abstellen der Brennkraftmaschine das Stellorgan in eine Endstellung verstellt wird, die der eingefahrenen Stellung des Arbeitskolbens entspricht.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Thermostatventils.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein mit einer Rück-. stellfeder für den Arbeitskolben ausgerüstetes
Thermostatventil und

Fig. 2 eine Schaltung für das Stellglied des Thermostatventils nach Fig. 1, bei welcher auf die Rückstellfeder verzichtet werden kann.

Das in der Zeichnung dargestellte Thermostatventil enthält ein Ventilgehäuse 1, das mit einem stutzenförmigen Ansatz 22 in ein Gehäuse 23 einer Brennkraftmaschine dichtend eingesetzt ist. Das Ventilgehäuse 1 ist mit einem Schlauchstutzen 24 versehen, der über einen Ventilsitz 25 zu einer Ventilkammer 26 offen ist. In der Ventilkammer 26 mündet ein Anschluß 16, über den Kühlmittel aus den Kühlmittelräumen der Brennkraftmaschine zuströmt. An die Ventilkammer 26 schließt dem Ventilsitz 25 gegenüberliegend ein Kanal 27 an, der zurück zu den Kühlmittel räumen der Brennkraftmaschine führt. Der Kanal 27 ist mit einem Ventilsitz 28 versehen, dem ein Ventilteller 7 zugeordnet ist. Dem Ventilsitz 25 ist ein Ventilteller 6 zugeordnet. Der Ven tilteller 6 ist fest mit einem Ringbund eines Gehäuses 17 ver bunden. Er wird mittels einer kegelförmigen Schließfeder 12 gegen den Ventilsitz 25 angedrückt. Der dem Ventilsitz 28 des Kanals 27 zugeordnete Ventilteller 7 ist mit einem dichtenden Gleitsitz auf einem Ansatz des Gehäuses 17 geführt. Er wird in die dargestellte Endstellung mit einer Ventilfeder 11'gedrückt, die sich an einem Ringbund des Gehäuses 17 abstützt.

Das Gehäuse 17 enthält einen Dehnstoff aus einem auf einen bestimmten Temperaturbereich eingestellten Wachs. Bei Erwärmung dieses Dehnstoffes wird aus dem Gehäuse 17 ein Arbeitskolben 18 ausgetrieben, der eine Wandung des Ventilgehäuses 1 durchdringt

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und dem ein als Exzenter 4 ausgebildetes Widerlager zugeordnet ist. Außen an dem Ventilgehäuse 1 ist ein Flansch 10 angebracht an welchem ein als Stellorgan dienender Elektromotor 14, vor zugsweise ein Schrittmotor, angebracht ist. Die Welle des Elek tromotors 14 treibt den Exzenter 4 an. Der Exzenter 4 ist in einer Gleitführung 3 in einer Aussparung eines Ansatzes des Ventilgehäuses 1 gelagert.

Der Arbeitskolben 18 ist mit einer Rückstellfeder 19 belastet, die sich gegen die Wandung des Ventilgehäuses 1 über eine auf demdem Arbeitskolben 18 geführte Scheibe 21 abstützt. Das andere Ence der Rückstellfeder 19 ist gegen eine weitere auf dem Arbeitskolben 18 geführte Scheibe 22 abgestützt, der ein auf dem Arbeitskolben 18 befestigter Sicherungsring 20 gegenüberliegt. Die Schließfeder 12 und die Rückstellfeder 19 sind derart aufeinander abgestimmt, daß die Rückstellfeder 19 ein Rückstellen des Arbeitskolbens 18 in das Gehäuse 17 bewirken kann, während jedoch die Schließfeder 12 wesentlich stärker bemessen ist, so daß sie auch gegen die Wirkung der Rückstell feder 19 den Ventilteller 6 mit dem Gehäuse 17. in seine an dem Ventilsitz 25 anliegende Schließstellung bringen kann. Der Sicherungsring 20 liegt in der dargestellten Endstellung des Ar beitskolbens 18, d.h. seiner zurückgestellten Stellung an der Oberseite des Gehäuses 17 an, so daß der Sicherungsring 20 gleichzeitig als Anschlag zur Begrenzung des Rückstellweges des Arbeitskolbens 18 dient.

In Abwandlung der dargestellten Ausführungsform wird der Arbeitskolben 18 mit einem Anschlag versehen, der einer Anschlag fläche der Wandung des Ventilgehäuses 1. zugeordnet ist und der die Rückstellbewegung des Arbeitskolbens 18 ebenfalls auf den maximalen Weg der Steuerflächen des Exzenters 4 begrenzt. In diesem Fall wird der Sicherungsring 20 in deutlichem Abstand zu dem ihm zugekehrten Ende des Gehäuses 17 an dem Arbeitskolben 18 angebracht. Die Rückstellfeder 19 ist außerdem mit Mitteln zur Begrenzung ihres Ausdehnungsweges versehen. Auf der der

Rückstellfeder abgewandten Seite der Scheibe 21 ist ein Sicherungsring 30 an dem Arbeitskolben 18 angebracht, der sich in der zurückgestellten Stellung des Arbeitskolbens 18 gegen die Scheibe 21 anlegt. Es ist dann nicht notwendig, daß sich der Sicherungsring 20 gegen das Gehäuse 17 anlegt.

In der Zeichnung ist das Thermostatventil in der Ausgangsstellung bei kaltem Kühlmittel dargestellt. Mit dem Einschalten der Brennkraftmaschine strömt das kalte Kühlmittel in die Ventilkammer 26 ein und direkt über den Kanal 27 in die Kühlmittelräume der Brennkraftmaschine zurück. Mit Erwärmung des Kühlmittels wird auch der in dem Gehäuse 17 enthaltene Dehnstoff erwärmt, der sich in einem vorgegebenen Temperaturbereich ausdehnt. Dadurch wird dann der Arbeitskolben 18 aus dem Gehäuse 17 ausgefahren, der sich gegen den einen Abstützkörper bildenden Exzenter 4 abstützt. Durch weiteres Ausfahren des Arbeitskolbens 18 wird das Gehäuse 17 mit den Ventiltellern 6 und 7 bewegt. Dadurch wird die Verbindung zu dem Anschlußstutzen 24 freigegeben, durch den dann das Kühlmittel zu einem nicht dargestellten . Kühler gelangt, aus dem es zu den Kühlmittelräumen der Brennkraftmaschine zurück strömt. Bei weiterem Ausfahren des Arbeitskolbens 18 wird der Ventilteller 7 dem Ventilsitz 28 zugestellt.

Durch Verstellen des Exzenters 4 mittels des als Stellorgan 14 dienenden Elektromotors kann die Ventilcharakteristik des Thermostatventils dadurch verändert werden, daß die als Widerlagerflache für den Arbeitskolben 18 dienende Exzenterfläche verstellt wird. Bei der dargestellten Stellung befindet sich der Exzenter in der Endstellung, in welcher der Abstand zwischen der Exzenterfläche und dem Gehäuse 17 am kleinsten ist, so daß der Arbeitskolben bei seinem Ausfahren den kleinsten Weg zurücklegen muß, bevor durch sein weiteres Ausfahren das Gehäuse 17 mit dem Ventilteller 6 verstellt wird. Diese Stellung des Exzenters 4 würde beispielsweise eingenommen, wenn die Brennkraftmaschine bei höheren Umgebungstemperaturen gestartet wer-

den soll. In diesem Falle würde das aus dem Ventilteller 6 und dem Ventilsitz 25 gebildete Ventil sich bei einem niedrigeren Temperaturwert öffnen.

Bei hohen Außentemperaturen ist es sinnvoll, das Ventil aus dem Ventilteller 6 und dem Ventilsitz 25 bereits bei einem niedrigeren Temperaturwert zu öffnen, um eine übermäßige Erwärmung zu vermeiden. Wäre das als Rückstellfeder 19 ausgebildete Rückstellmittel nicht vorhanden, so könnte der Fall eintreten, daß sich eine Störung der Regelung ergeben würde. Würde die Brennkraftmaschine zunächst mit der in der Zeichnung nicht darge stellten Exzenterstellung betrieben und dann abgeschaltet, so würden der Exzenter 4 und auch der Arbeitskolben 18 in der nicht dargestellten Endstellung verbleiben. Beim Abkühlen des Kühlmittels und der damit verbundene Volumensverringerung des Dehnstoffes drückt die Schließfeder 12 das Gehäuse 17 und den Ventilteller 6 in die dargestellte Schließstellung. Soll dann die Brennkraftmaschine bei beispielsweise sehr hoher Außentem peratur wieder in Betrieb genommen werden, so würde der Exzenter 4 über den Elektromotor 14 in seine dargestellte Stellung verdreht werden. Da der Arbeitskolben 18 jedoch nicht gegen den in dem Gehäuse 17 befindlichen erstarrten Dehnstoff zurückge drückt werden könnte, würde eine Verstellung des Exzenters 4 zu einem Verstellen des Gehäuses 17 und damit bereits zu einem vorzeitigen Öffnen des aus dem Ventilteller 6 und dem Ventil sitz 25 gebildeten Ventils -führen. Dies wäre mit einer nicht erwünschten verlangsamten Erwärmung des Kühlmittels und der Brennkraftmaschine verbunden. Diese anhand der Außentemperatur erläuterte Störung des Regelvorganges könnte auch bei der Aus wertung von anderen Parametern, der gesamten Regelung stattfin den.

Um diese Gefahr,der Störung der Regelung zu vermeiden, ist die Rückstellfeder 19 vorgesehen, die auf den an dem Arbeitskolben 18 angebrachten Sicherungsring 20 einwirkt und den Arbeitskol ben 18 wenigstens um den möglichen Weg des Exzenters 4. zurück stellt. Der Abstand des als Anschlag dienenden Sicherungsring

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20 zu dem Ende des Gehäuses 17 ist so bemessen, daß er sich bei dem Rückstellen des Arbeitskolbens 18 nach diesem Weg an das Ende des Gehäuses 17 anlegt. Danach ist die Rückstellfeder 19 entlastet, so daß weder auf innere Dichtungselemente noch auf die Schließfeder 12 weitere Kräfte ausgeübt werden. Die Schließfeder 12 ist wesentlich stärker als die Rückstellfeder 19 bemessen. Der Arbeitskolben 18 wird somit nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine immer derart in eine Ausgangsstellung zurückgestellt, daß danach der Exzenter 4 in die entsprechend der gewünschten Regelung geforderte Stellung frei und ungehindert überführt werden kann.

Auf die Rückstellfeder 19 kann dann verzichtet werden, wenn eine geeignete Schaltung für das elektrisch betriebene Stellglied den Elektromotor 14, vorgesehen wird. Wird die Schaltung so ausgelegt, daß das Stellglied nach Abschalten der Brennkraftmaschine in die in Fig. 1 dargestellte Endstellung zurückgeführt wird, die einem frühen Öffnen des Thermostatventils entspricht, so wird bei einem Abkühlen des Kühlmittels der Brennkraftmaschine und dem damit verbundenen Schließen des Thermostatventils der Arbeitskolben 18 immer in seine eingefahrene Endstellung zurückgeführt. Beim Einschalten der Brennkraftmaschine kann dann der Exzenter 4 ungehindert und ohne das Thermostatventil zu betätigen, in die durch die Regelung geforderte Stellung gebracht werden.

Der Elektromotor 14 liegt zwischen einer an eine Spannungsquelle U angeschlossenen Leitung 31 und einer Masseleitung 32 und wird über ein Relais 33 angesteuert. Das Relais 33 liegt zwischen der Masseleitung 32 und der Spannungsquelle, wobei die Leitung zu der Spannungsquelle einen Ein- und Ausschalter 34 enthält, der mit einem Pfeil angedeutet ist. Bei einem Kraftfahrzeug ist der Ein- und Ausschalter 34 das Zündschloß. Mit einer Klammer 35 ist angedeutet, daß in die Leitung zu dem Relais 33 die Ansteuerung für die Verstellung des Arbeitskolbens

18 über den Elektromotor 14 eingeschliffen ist. Das Relais 33 ist so geschaltet, daß es im spannungslosen Zustand, z.B. bei öffnen des Schalters 34 durch Abziehen des Zündschlosses, die Drehsicherung des Elektromotors 14 so festlegt, daß der Arbeitskolben 18 über den Exzenter 4 in die tiefste Stellung entsprechend Fig. 1 gefahren wird.

Claims

Patentanwälte' " "

DR.-ING. ■ H.H.WILHELM - DIPL.-ING. H.DAUSTER 35QA6

D-7000 Stuttgart 1 Gymnasiumstr. 31B Tel.(0711) 291133/292857

Anmelder:

Behr-Thomson Dehnstoffregler GmbH Enzstraße 25

7014 Kornwestheim

Stuttgart, den 11.02.1985 D 7224 Da/Ei

84-T-05

Patent- und Schutzansprüche

l.J Thermostatventil zur Regelung der Temperatur der Kühlflüssigkeit einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugmotors, das den Kühlmittelfluß von der Maschine durch einen Kurzschluß (Bypass) und/oder durch einen Wärmetauscher zurück zur Maschine regelt, wobei ein einen Dehnstoff enthaltendes Gehäuse vorgesehen ist, das mit einer Schließfeder belastet ist,_fcdas Ventilteller trägt und das einen bei Erwärmung aus dem Gehäuse ausfahrenden und den Hub der Ventilteller bewirkenden Arbeitskolben enthält, dem als Widerlager ein mittels eines Stellorgans verstellbarer Abstützkörper zugeordnet ist, der mit einer unterschiedliche Abstände zwischen ihm und dem Gehäuse ermöglichenden Steuerfläche versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß für den Arbeitskolben. (18) ein ihn in das Gehäuse (17) zurückstellendes, federndes Rückstellmittel (19) vorgesehen ist, dessen Rückstellkraft schwächer als die Kraft der Schließfeder (12) bemessen ist.
2. Thermostatventil nach Anspruch 1, dadurch.gekennzeichnet, daß der Rückstellweg des Arbeitskolbens (18) durch einen Anschlag (20) begrenzt ist.
3. Thermostatventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstellweg des Rückstellmittels (19) begrenzt ist.
4. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Wand eines Ventilgehäuses (1), die der Arbeitskolben (18) in Richtung zu dem außerhalb des Ventilgehäuses (1) angeordneten Abstützkörper (4) durchdringt, und einem an dem Arbeitskolben (18) angeordneten Widerlager (20) eine Rückstellfeder (19) angeordnet ist.
5. Thermostatventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (18) an seinem aus dem Ventilgehäuse

(1) herausragenden Teil mit einem in Rückstellrichtung gegen die Gehäusewand anlaufenden Anschlag versehen ist.
6. Thermostatventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Abstützung der Rückstellfeder (19) dienende, an dem Arbeitskolben (18) angebrachte Widerlager (20) als ein in Rückstellrichtung gegen das.Gehäuse (17) anlaufender Begrenzungsanschlag dient.
7. Thermostatventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (19) mit Wegbegrenzungselementen (20, 30) versehen ist.
8. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (17) eine auf den Arbeitskolben (18) wirkende innere Rückstellfeder enthält.
9. Thermostatventil zur Regelung der Temperatur der Kühlflüssigkeit ^einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugmotors, daß den Kühlmittelfluß von der Maschine durch einen Kurzschluß (Bypass) und/oder durch einen Wärmetauscher zurück zur Maschine regelt, wobei ein einen Dehnstoff enthaltendes Gehäuse vorgesehen ist, das mit einer Schließfeder bela

stet ist, das Ventilteller trägt und das einen bei Erwärmung aus dem Gehäuse ausfahrenden und den Hub der Ventiller bewirkenden Arbeitskolben enthält, dem als Widerlager ein mittels eines elektrischen Stellorgans verstellbarer Abstützkörper zugeordnet ist, der mit einer unterschiedliche Abstände zwischen ihm und dem Gehäuse ermöglichenden Steuerfläche versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltung des Stellorgans (14) mit einer Abschaltstufe versehen ist, durch die bei einem Abstellen der Brennkraftmaschine das Stellorgan (14) in eine Endstellung verstellt wird, die der eingefahrenen Stellung des Arbeitskolbens (18) entspricht.