DE3504653C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Thermostatventil zur Regelung der Temperatur der Kühlflüssigkeit einer Brennkraftmaschine, insbe­ sondere eines Kraftfahrzeugmotors, das den Kühlmittelfluß von der Maschine durch einen Kurzschluß (Bypass) und/oder durch ei­ nen 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 Ven­ tilteller bewirkenden Arbeitskolben enthält, dem als Widerlager ein mittels eines Stellorgans verstellbarer Abstützkörper zuge­ ordnet 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 Arbeitskol­ ben. Durch Verändern der Abstände zwischen der Steuerfläche des Abstützkörpers und dem Gehäuse läßt sich die Ventilcharakteri­ stik verändern, so daß eine Regelung der Temperatur der Brenn­ kraftmaschine über die Temperatur der Kühlflüssigkeit möglich ist. Diese Regelung kann die jeweils vorliegende Außentempera­ tur und weitere Parameter als Führungsgrößen benutzen, bei­ spielsweise die Abgastemperatur, die Drehzahl und/oder das Drehmoment des Motors, den Unterdruck im Saugrohr, die Druck­ differenz 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 Tempera­ turbereich eingestellt ist. Das Stellorgan enthält bevorzugt einen elektromotorischen Antrieb. Beim Abstellen der Brenn­ kraftmaschine wird der elektromotorische Antrieb ebenfalls ab­ geschaltet, so daß das Stellorgan in seiner jeweiligen Regel­ stellung stehen bleibt. Mit dem Absinken der Temperatur des Kühlmittels erstarrt das als Dehnstoff dienende Wachs, so daß der Arbeitskolben des Thermostatventils ebenfalls in seiner je­ weiligen Stellung stehen bleibt. Herrschen beim Wiedereinschal­ ten der Brennkraftmaschine andere Bedingungen, was zu erwarten ist, wenn die Kühlmitteltemperatur abgesunken ist, so wird der Abstützkörper in eine diesem Betriebszustand entsprechende Re­ gelstellung von dem Stellorgan verstellt. Wird bei diesem Ver­ stellen 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 un­ gewünschten 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 Rege­ lung auftreten können.

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

Durch diese Ausbildung wird sichergestellt, daß der Arbeitskol­ ben 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 Re­ lation zur Kraft der Schließfeder wird darüber hinaus sicherge­ stellt, daß die übrige Funktion des Thermostatventils nicht ge­ stört ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß der Rückstellweg des Arbeitskolbens durch einen Anschlag be­ grenzt ist. Um Störungen der Regelung zu vermeiden, genügt es, den Arbeitskolben über einen Rückstellweg zurückzustellen, der dem maximalen Weg der Steuerfläche des Abstützkörpers ent­ spricht. Durch die Wegbegrenzung des Arbeitskolbens wird auch gleichzeitig die Wirkung des Rückstellmittels auf diesen Weg begrenzt. Damit wird zum einen erreicht, daß das Rückstellmit­ tel 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 si­ chergestellt, daß in der rückgestellten Stellung des Arbeits­ kolbens das Rückstellmittel nicht mehr gegen die Schließfeder wirkt, die die Ventilteller dann in der Regel in der Schließ­ stellung hält, so daß in dieser Stellung ein ungewolltes Ent­ lasten der Schließfeder vermieden wird. In anderer Ausgestal­ tung der Erfindung wird vorgesehen, daß der Rückstellweg des Rückstellmittels begrenzt ist. Damit wird die gleiche Wirkung bezüglich der Entlastung der Schließfeder und des Dichtungsele­ mentes 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 ein­ gefahrenen Stellung des Arbeitskolbens entspricht.

Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestell­ ten 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 Thermostat­ ventils nach Fig. 1, bei welcher auf die Rückstell­ feder 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 be­ stimmten Temperaturbereich eingestellten Wachs. Bei Erwärmung dieses Dehnstoffes wird aus dem Gehäuse 17 ein Arbeitskolben 18 ausgetrieben, der eine Wandung des Ventilgehäuses 1 durchdringt 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 dem Arbeitskolben 18 geführte Scheibe 21 abstützt. Das andere Ende der Rückstellfeder 19 ist gegen eine weitere auf dem Arbeitskolben 18 geführte Scheibe 22 abgestützt, der ein auf dem Arbeitskolben 18 befestigter Sicherungsring 20 gegen­ überliegt. 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 Si­ cherungsring 20 liegt in der dargestellten Endstellung des Ar­ beitskolbens 18, d. h. in 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 Ar­ beitskolben 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 Siche­ rungsring 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 Ausgangsstel­ lung bei kaltem Kühlmittel dargestellt. Mit dem Einschalten der Brennkraftmaschine strömt das kalte Kühlmittel in die Ven­ tilkammer 26 ein und direkt über den Kanal 27 in die Kühlmit­ telräume der Brennkraftmaschine zurück. Mit Erwärmung des Kühl­ mittels wird auch der in dem Gehäuse 17 enthaltene Dehnstoff erwärmt, der sich in einem vorgegebenen Temperaturbereich aus­ dehnt. Dadurch wird dann der Arbeitskolben 18 aus dem Gehäuse 17 ausgefahren, der sich gegen den einen Abstützkörper bilden­ den Exzenter 4 abstützt. Durch weiteres Ausfahren des Arbeits­ kolbens 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 dar­ gestellten Kühler gelangt, aus dem es zu den Kühlmittelräumen der Brennkraftmaschine zurückströmt. 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 Ther­ mostatventils dadurch verändert werden, daß die als Widerlager­ fläche für den Arbeitskolben 18 dienende Exzenterfläche ver­ stellt 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 zu­ rücklegen 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 Brenn­ kraftmaschine 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 niedri­ geren Temperaturwert zu öffnen, um eine übermäßige Erwärmung zu vermeiden. Wäre das als Rückstellfeder 19 ausgebildete Rück­ stellmittel nicht vorhanden, so könnte der Fall eintreten, daß sich eine Störung der Regelung ergeben würde. Würde die Brenn­ kraftmaschine 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 verbundenen 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 Exzen­ ter 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 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 Abschal­ ten der Brennkraftmaschine immer derart in eine Ausgangsstel­ lung zurückgestellt, daß danach der Exzenter 4 in die entspre­ chend der gewünschten Regelung geforderte Stellung frei und un­ gehindert überführt werden kann.

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

Der Elektromotor 14 liegt zwischen einer an eine Spannungsquel­ le U angeschlossenen Leitung 31 und einer Masseleitung 32 und wird über ein Relais 33 angesteuert. Das Relais 33 liegt zwi­ schen 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 Kraft­ fahrzeug ist der Ein- und Ausschalter 34 das Zündschloß. Mit einer Klammer 35 ist angedeutet, daß in die Leitung zu dem Re­ lais 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 Ar­ beitskolben 18 über den Exzenter 4 in die tiefste Stellung ent­ sprechend Fig. 1 gefahren wird.

Claims (9)

1. Thermostatventil zur Regelung der Temperatur der Kühl­ flüssigkeit einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraft­ fahrzeugmotors, das den Kühlmittelfluß von der Maschine durch einen Kurzschluß (Bypass) und/oder durch einen Wärmetauscher zurück zur Maschine regelt, wobei ein einen Dehnstoff enthal­ tendes Gehäuse vorgesehen ist, das mit einer Schließfeder bela­ stet ist, das die Ventilteller trägt und das einen bei Erwärmung aus dem Gehäuse ausfahrenden und den Hub der Ventilteller be­ wirkenden 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 ge­ kennzeichnet, daß für den Arbeitskolben (18) ein ihn von dem Abstützkörper (4) hinweg in das Gehäuse (17) zurückstellendes, federndes Rückstellmittel (19) vorgesehen ist.

2. Thermostatventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Rückstellweg des Arbeitskolbens (18) durch einen Anschlag (20) begrenzt ist.

3. Thermostatventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Rückstellweg des Rückstellmittels (19) begrenzt ist.

4. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen einer Wand eines Ventilge­ häuses (1), die der Arbeitskolben (18) in Richtung zu dem au­ ßerhalb 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 gekennzeich­ net, 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 gekennzeich­ net, daß das zur Abstützung der Rückstellfeder (19) dienende, an dem Arbeitskolben (18) angebrachte Widerlager (20) als ein in Rückstellrichtung gegen das Gehäuse (17) anlaufender Begren­ zungsanschlag dient.

7. Thermostatventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rückstellfeder (19) mit Wegbegrenzungselementen (20, 30) versehen ist.

8. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (17) eine auf den Ar­ beitskolben (18) wirkende innere Rückstellfeder enthält.

9. Thermostatventil zur Regelung der Temperatur der Kühl­ flüssigkeit einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraft­ fahrzeugmotors, daß den Kühlmittelfluß von der Maschine durch einen Kurzschluß (Bypass) und/oder durch einen Wärmetauscher zurück zur Maschine regelt, wobei ein einen Dehnstoff enthal­ tendes Gehäuse vorgesehen ist, das mit einer Schließfeder bela­ stet ist, das die Ventilteller trägt und das einen bei Erwärmung aus dem Gehäuse ausfahrenden und den Hub der Ventiller bewir­ kenden Arbeitskolben enthält, dem als Widerlager ein mittels eines elektrischen Stellorgans verstellbarer Abstützkörper zu­ geordnet 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.