DE4040323A1 - Thermostatic valve for engine cooling system - is designed to provide limited by=pass flow of coolant - Google Patents
Thermostatic valve for engine cooling system - is designed to provide limited by=pass flow of coolantInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Thermostatventil gemäß dem Oberbe griff des Patentanspruchs 1. Insbesondere bei ein Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschinen besteht bekanntlich im Augen blick des Kaltstarts und Warmlaufs das Problem, daß die Maschi ne möglichst schnell erwärmt werden muß. Um dies zu erreichen, ist es bekannt, bei kaltem Kühlmittel den Radiator, d. h. bei reiner Flüssigkeitskühlung den Kühler und bei Verdampfungsküh lung den Kondensator, mittels einer Bypassleitung zu umgehen, die hierzu ein temperaturabhängiges Ventil mit einem Dehnstoff element enthält. Diese Bypassleitung wird durch das definierte Thermostatventil nur bei niedrigen Temperaturen des Kühlmittels durchgeschaltet, so daß sich dann ein "kleiner" Kühlkreislauf unter Ausschluß des Radiators ergibt; die demgemäß ebenfalls relativ kleine Kühlmittelmenge wird in der Maschine schnell er wärmt. Sobald die Kühlmitteltemperatur einen vorgegebenen Min destwert überschreitet, unterbricht das Thermostatventil die Bypassleitung, so daß das heiße, gegebenenfalls verdampfte Kühlmittel nach Verlassen der Brennkraftmaschine in den Radi ator gelangt, dort abgekühlt und wieder der Maschine zugeführt wird.The invention relates to a thermostatic valve according to the Oberbe handle of claim 1. Particularly in a motor vehicle driving internal combustion engines is known to exist in the eyes view of the cold start and warm up the problem that the machine ne must be warmed up as quickly as possible. To achieve this, it is known to cool the radiator, e.g. H. at pure liquid cooling the cooler and for evaporative cooling bypassing the capacitor by means of a bypass line, which is a temperature-dependent valve with an expansion material element contains. This bypass line is defined by the Thermostatic valve only at low coolant temperatures switched through, so that there is then a "small" cooling circuit results in exclusion of the radiator; accordingly accordingly relatively small amount of coolant in the machine quickly warms. As soon as the coolant temperature reaches a predetermined min limit value, the thermostatic valve interrupts the Bypass line, so that the hot, possibly evaporated Coolant in the radiator after leaving the internal combustion engine ator, cooled there and returned to the machine becomes.
Ein gattungsgemäßes Thermostatventil, wie es auch in großem Um fange im Prinzip Einsatz gefunden hat, ist aus der US-PS 39 21 600 bekannt: Sieht man einmal von einem weiteren Thermostatven til ab, das die beschriebene Bypassleitung erst bei Erreichen eines vorgegebenen, relativ niedrig liegenden Temperaturwerts zur Öffnung freigibt, so findet sich dort ein Thermostatventil mit einem Dehnstoffelement, das gleichsam zwischen zwei Ventil körpern liegt, von denen einer zum Abschluß einer Kammer gegen den ersten Anschluß, dagegen der andere zum Abschluß der Kammer gegen den zweiten Abschluß dient; die beiden Ventilkörper wir ken alternierend mit ihnen jeweils zugeordneten Ventilsitzen zusammen. Dabei liegt das Dehnstoffelement zunächst im Wege der Bypass-Strömung, so daß es die Temperatur desjenigen Kühlmit tels erfaßt, das die Maschine verlassen hat.A generic thermostatic valve, as it is also in large order catch in principle has been used is from US-PS 39 21 600 known: if you look at another thermostat til that the bypass line described only when reached a predetermined, relatively low temperature value releases to open, there is a thermostatic valve there with an expansion element, as it were between two valves body lies, one of which against the conclusion of a chamber the first connection and the other at the end of the chamber serves against the second degree; the two valve bodies we alternate with valve seats assigned to them together. The expansion element is initially in the way of Bypass flow so that it is the temperature of that coolant that the machine has left.
Sobald das Thermostatventil jedoch die besagte Gehäusekammer gegen den ersten Anschluß verschlossen hat, also die Bypass- Strömung unterbunden ist, liegt das Dehnstoffelement allein im Strömungswege desjenigen Kühlmittels, das nach Abkühlung den Radiator verlassen hat. Verständlicherweise können bei Tempera turschwankungen auch Zwischenzustände auftreten, in denen also sowohl die Bypass-Strömung als auch die Strömung zwischen dem zweiten und dritten Anschluß vorhanden sind; dann ergibt sich im Bereich des Dehnstoffelements durch Vermischung der beiden Strömungen eine Mischtemperatur.As soon as the thermostatic valve, however, said housing chamber against the first connection, i.e. the bypass Flow is prevented, the expansion element lies solely in the Flow paths of the coolant that after cooling the Radiator has left. Understandably at Tempera fluctuations also occur in intermediate states, in which both the bypass flow and the flow between the second and third connections are present; then follows in the area of the expansion element by mixing the two Flows a mixed temperature.
Von Nachteil ist nun die Tatsache, daß bei warmer Maschine, al so zumindest weitgehend unterbundener Bypass-Strömung, das Dehnstoffelement im wesentlichen durch die Temperatur des vom Radiator kommenden Kühlmittels, im Falle einer Verdampfungsküh lung also des Kondensats, gesteuert wird. Hier können sich Schwierigkeiten ergeben. Nimmt man einmal an, das Dehnstoffele ment sei so ausgelegt, daß bei einer Verdampfungskühlung beim Erreichen der Siedetemperatur in der Kurzschlußströmung diese unterbunden wird, so bedeutet der entsprechende Schaltvorgang des Thermostatventils, daß sein Dehnstoffelement nun nicht mehr von dem heißen, aus der Maschine kommenden Kühlmittel, sondern von dem relativ kalten, aus dem Radiator kommenden Kühlmittel umströmt wird, wodurch intermittierende Ventilbestätigungen aufeinander folgen, bis schließlich nach längerer Zeit ein Tem peraturausgleich stattgefunden hat.A disadvantage is the fact that when the machine is warm, al so at least largely prevented bypass flow, that Expansion element essentially by the temperature of the Radiator coming coolant, in the case of an evaporative cooler So the condensate is controlled. Here you can Difficulties arise. If you assume that the stretch material ment should be designed so that with evaporative cooling Reach the boiling point in the short-circuit flow is prevented, means the corresponding switching process the thermostatic valve that its expansion element is no longer from the hot coolant coming from the machine, but of the relatively cold coolant coming from the radiator is flowed around, causing intermittent valve confirmations follow each other until finally a tem temperature compensation has taken place.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Thermostatventil so auszulegen, daß es in Abhängigkeit von ei nem vorgegebenen Temperaturwert eindeutige Strömungsverhältnis se in der Kühleinrichtung der Kraftmaschine sicherstellt.The invention has for its object a generic To design the thermostatic valve so that it depends on the egg unique flow ratio ensures in the cooling device of the engine.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbil dungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.The inventive solution to this problem consists in the drawing features of the main claim, advantageous training The invention describes the subclaims.
Durch die erfindungsgemäße Konstruktion des Thermostatventils ist also sichergestellt, daß dessen Dehnstoffelement nicht nur während der Durchschaltung der Bypassleitung, also bei niedri gen Temperaturen, sondern auch bei hohen Maschinentemperaturen von demjenigen Kühlmittel umströmt wird, das die Maschine ver läßt, so daß diese Kühlmitteltemperatur über den gesamten Be triebsbereich die Arbeitsweise des Thermostatventils bestimmt.Due to the construction of the thermostatic valve according to the invention So it is ensured that its expansion element not only during the switching of the bypass line, i.e. at low temperatures, but also at high machine temperatures is flowed around by the coolant that ver the machine lets so that this coolant temperature over the entire loading drive range determines the operation of the thermostatic valve.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 perspektivisch, teilwei se im Schnitt, einen möglichen Aufbau der gesamten Kühleinrich tung - hier einer Verdampfungskühleinrichtung - für eine Brenn kraftmaschine wiedergibt, während Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Thermostatventil zeigt.An embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing, Fig. 1 shows a perspective, partially in section, a possible structure of the entire Kühleinrich device - here an evaporative cooling device - for an internal combustion engine, while Fig. 2 shows a longitudinal section through the thermostatic valve shows.
Betrachtet man zunächst Fig. 1, so erkennt man bei 1 die einen bekannten und daher nicht zu beschreibenden Aufbau besitzende Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Kühlräumen 2, die über die Kondensatpumpe 3 mit einem flüssigen Kühlmittel gespeist wer den, das bei warmer Maschine in den Kühlräumen 2 zumindest teilweise verdampft und dann über die Dampfleitung 4 dem Kon densator 5 zugeführt wird. Von diesem gelangt das Kondensat über die Leitung 6 wieder in die Kondensatleitung 7, womit der Kreislauf geschlossen ist. Druckseitig steht mit der Kondensat pumpe 3 ferner in diesem Ausführungsbeispiel eine Fahrzeughei zung 8 in Strömungsverbindung. Dasselbe gilt für den der Ma schine 1 zugeordneten Ölkühler 9, indem nämlich ein Teil der von der Kondensatpumpe 3 geförderten Kondensatmenge über die Kühlleitung 10 durch den Ölkühler 9 zur Dampfleitung 4 trans portiert wird; es wird also angenommen, daß auch bei der Küh lung des Öls im Ölkühler 9 zumindest ein Teil des zugeführten Kühlmittels verdampft.Looking first at FIG. 1, one can see at 1 the known and therefore not to be described structure, the reciprocating piston internal combustion engine with cooling chambers 2 , which are fed via the condensate pump 3 with a liquid coolant, which, when the machine is warm, in the cooling chambers 2 evaporated at least partially and then fed to the condenser 5 via the steam line 4 . From this, the condensate returns via line 6 into the condensate line 7 , whereby the circuit is closed. On the pressure side, the condensate pump 3 is also a vehicle heater 8 in flow connection in this exemplary embodiment. The same applies to the oil cooler 9 assigned to the machine 1 , namely that part of the amount of condensate pumped by the condensate pump 3 is transported via the cooling line 10 through the oil cooler 9 to the steam line 4 ; it is therefore assumed that at least part of the coolant supplied evaporates during the cooling of the oil in the oil cooler 9 .
Bei 11 ist ein Vorratsbehälter, bei 12 ein Ausgleichsbehälter für das Kühlmittel vorgesehen; letzterer dient dazu, auch bei Schwankungen des Dampfvolumens infolge Schwankungen der Last der Maschine 1 der Kondensatpumpe 3 schnell eine ausreichende Menge Kühlmittel zur Verfügung zu stellen.At 11 a reservoir is provided, at 12 a surge tank for the coolant; the latter serves to quickly provide a sufficient amount of coolant even with fluctuations in the steam volume due to fluctuations in the load of the machine 1 of the condensate pump 3 .
Wie bereits eingangs erläutert, ist man daran interessiert, nach dem Starten der Maschine 1 eine schnelle Erwärmung dersel ben und nicht etwa eine Kühlung durch das Kühlmittel sicherzu stellen. Dem dient eine Bypassleitung, die die Leitungen 13 und 14 sowie das Thermostatventil 15 enthält, das im folgenden an hand Fig. 2 erläutert wird. Dieses Thermostatventil 15 enthält in dem Gehäuse 16 das Dehnstoffelement 17, das zur Betätigung von zwei Ventilen dient, von denen in Fig. 1 nur die Ventil teller 18 und 19 erkennbar sind. Wie Fig. 1 zeigt, besitzt das Gehäuse 16 drei Anschlüsse: Der erste Anschluß 20, der auch als Kurzschlußanschluß zu bezeichnen ist, steht über die Leitung 13 dauernd in Strömungsverbindung mit der Dampfleitung 4. Der zweite Anschluß 21 stellt dauernd eine Verbindung mit dem Kühl mittelauslaß des Kondensators 5, also bei einer Verdampfungs kühlung dem Kondensatauslaß, her. Der seitlich abgehende dritte Anschluß schließlich führt zur Kondensatleitung 7.As already explained at the outset, one is interested in ensuring rapid heating of the same after starting the machine 1 and not ensuring cooling by the coolant. This is served by a bypass line which contains the lines 13 and 14 and the thermostatic valve 15 , which is explained below with reference to FIG. 2. This thermostatic valve 15 contains in the housing 16, the expansion element 17 , which serves to actuate two valves, of which only the valve plate 18 and 19 can be seen in Fig. 1. As shown in FIG. 1, the housing 16 has three connections: the first connection 20 , which can also be referred to as a short-circuit connection, is in permanent flow connection with the steam line 4 via the line 13 . The second connection 21 continuously connects to the cooling medium outlet of the condenser 5 , that is, cooling the condensate outlet in the case of evaporation. The third connection, which leads out laterally, finally leads to the condensate line 7 .
Betrachtet man nun anhand Fig. 2 die Konstruktion des Thermo statventils 15 im einzelnen, so erkennt man, daß das Dehnstoff element 17 bekannten und daher nicht zu beschreibenden Aufbaus mit seinem temperaturempfindlichen Bereich (Fühlteil) in den ersten Anschluß 20 dauernd hineinragt und sein Kolben in der Gehäusekammer 23 mittels querverlaufender Streben oder anderer Trageinrichtungen, sogen. Widerlager, die aber die Kühlmittel strömung möglichst wenig behindern und allgemein mit 24 be zeichnet sind, axial gehalten ist. Diese axiale Lagerung ge schieht dadurch, daß die Druckfeder 25 die Trageinrichtung 24 gegen die Schulter 26 im Gehäuse 16 drückt. Die Feder 25 ihrer seits ist durch den eingeschraubten oder angeschweißten zweiten Anschluß 21 niedergedrückt.Looking now at Fig. 2, the construction of the thermostatic valve 15 in detail, it can be seen that the expansion element 17 known and therefore not to be described structure with its temperature-sensitive area (sensing part) protrudes continuously into the first port 20 and its piston in the housing chamber 23 by means of transverse struts or other support devices, so-called. Abutments, which hinder the coolant flow as little as possible and are generally characterized by 24 be, is held axially. This axial storage ge occurs in that the compression spring 25 presses the support device 24 against the shoulder 26 in the housing 16 . The spring 25, in turn, is depressed by the screwed-in or welded-on second connection 21 .
Die beiden Anschlüsse 1 und 2 liegen mit ihren Ventilsitzen 27 und 28 einander längs der Achse 29 des Dehnstoffelements 17 un ter Bildung der Gehäusekammer 23 gegenüber. Mittels der Halte rung 30, die am Gehäuse des Dehnstoffkörpers 17 an einer gegen das Widerlager 24 axial in Richtung auf den ersten Anschluß 20 versetzten Stelle angreift, sind die beiden bereits erwähnten Ventilkörper 18 und 19 gehalten, wobei der Ventilkörper 19 an dieser Halterung mittels der Druckfeder 31 axial verschiebbar gelagert ist. Diese verschiebbare Lagerung dient dem Ausgleich von Toleranzen zwischen den beiden Ventilsitzen 27 und 28.The two connections 1 and 2 are with their valve seats 27 and 28 to each other along the axis 29 of the expansion element 17 un ter formation of the housing chamber 23 . By means of the holding tion 30 , which acts on the housing of the expansion body 17 at an axially offset against the abutment 24 in the direction of the first connection 20 , the two already mentioned valve bodies 18 and 19 are held, the valve body 19 on this holder by means of Compression spring 31 is axially displaceably mounted. This displaceable mounting serves to compensate for tolerances between the two valve seats 27 and 28 .
In der dargestellten Lage der beiden Ventilkörper 18 und 19 ist Warmlauf der Maschine angenommen, d. h. durch Verbindung der Anschlüsse 20 und 21 infolge Abhebens des Ventilkörpers 18 vom Ventilsitz 27 ist die Bypass-Strömung hergestellt. Übersteigt dagegen die Temperatur des durch den ersten Anschluß 20 zuströ menden, das Dehnstoffelement 17 umströmenden Kühlmittels die Siedetemperatur, so bewirkt eine axiale Ausdehnung des Dehn stoffelements 17 die Auflage des Ventilkörpers 18 auf dem zuge ordneten Ventilsitz 27 und praktisch gleichzeitig die Freigabe des Ventilsitzes 28 durch den Ventilkörper 19, so daß der Kurz schluß für den Kondensator 5 (siehe Fig. 1) aufgehoben wird. Da erfindungsgemäß die Arbeitsweise des Dehnstoffelements 17 allein von der Temperatur des die Brennkraftmaschine verlassen den Kühlmittels bestimmt werden soll, ist am Ventilsitz 27 eine Leckageöffnung 32 vorgesehen, die sicherstellt, daß auch bei im übrigen unterbrochener Kurzschluß-Strömung das Dehnstoffelement 17 von dieser heißen Kühlmittelströmung beaufschlagt wird.In the position of the two valve bodies 18 and 19 shown , warming-up of the machine is assumed, ie the bypass flow is established by connecting the connections 20 and 21 as a result of lifting the valve body 18 from the valve seat 27 . However, the temperature exceeds the zuströ through the first port 20 Menden, the expansion element 17 flowing around the refrigerant boiling temperature, it causes axial expansion of the stretch fabric member 17, the support of the valve body 18 on the associated valve seat 27 and virtually simultaneously the release of the valve seat 28 by the valve body 19 so that the short circuit for the capacitor 5 (see Fig. 1) is canceled. Since, according to the invention, the mode of operation of the expansion element 17 is to be determined solely from the temperature of the coolant leaving the internal combustion engine, a leakage opening 32 is provided on the valve seat 27 , which ensures that the expansion element 17 is acted upon by this hot coolant flow even when the short-circuit flow is otherwise interrupted becomes.
Diese Bewegung der Ventilkörper 18 und 19 in Fig. 2 nach unten erfolgt gegen die Wirkung der Feder 33, die verständlicherweise erheblich schwächer ausgelegt ist als die Feder 25. This movement of the valve bodies 18 and 19 in FIG. 2 downward takes place against the action of the spring 33 , which is understandably designed to be considerably weaker than the spring 25 .
Mit der Erfindung ist demgemäß ein gattungsgemäßes Thermostat ventil geschaffen, das mit einfachen Mitteln über den gesamten Betriebsbereich der Maschine sicherstellt, daß Ein- und Aus schaltung der beschriebenen Bypass-Strömung allein in Abhängig keit von der Temperatur des die Maschine verlassenden Kühlmit tels erfolgen.With the invention is accordingly a generic thermostat valve created that with simple means over the entire Operating range of the machine ensures that on and off switching of the bypass flow described in dependence alone the temperature of the coolant leaving the machine takes place.
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