DE4343894A1 - Temperature controller for cooling system in IC engine - Google Patents

Temperature controller for cooling system in IC engine

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DE4343894A1
DE4343894A1 DE19934343894 DE4343894A DE4343894A1 DE 4343894 A1 DE4343894 A1 DE 4343894A1 DE 19934343894 DE19934343894 DE 19934343894 DE 4343894 A DE4343894 A DE 4343894A DE 4343894 A1 DE4343894 A1 DE 4343894A1
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Albert Nolte
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Deutz AG
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Kloeckner Humboldt Deutz AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/01—Control of temperature without auxiliary power
    • G05D23/13—Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures
    • G05D23/1306—Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures for liquids
    • G05D23/132—Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures for liquids with temperature sensing element
    • G05D23/1333—Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures for liquids with temperature sensing element measuring the temperature of incoming fluid

Abstract

The temperature controller has a thermostat comprising an extending element with an element housing and a piston that travels within it. A main flow valve plate is fixed to the element housing and is sprung by an actuating spring which supports itself against the thermostat housing. A short circuit valve is provided which is sprung by an equalising spring. The main flow valve controls a coolant flow from the vehicle radiator to the water pump. The short circuit valve controls the coolant flow from the engine to the water pump. The short circuit valve is connected to the element housing and the piston is supported by the equalising spring against the thermostat housing. The spring force of the equalising spring is greater than that of the actuating spring for all positions of the piston.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln der Temperatur in einem Kühlkreislauf einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, insbesondere nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for regulating the temperature in one Cooling circuit of a reciprocating internal combustion engine, especially after Preamble of claim 1.

In Fig. 2 ist eine handelsübliche Ausführung eines Thermostaten dargestellt, der ein Dehnstoffelement mit einem Elementgehäuse und einem darin geführten Kolben aufweist, der sich auf einem Thermostatgehäuse abstützt und der einen Hauptstromventilteller aufweist, der mit dem Elementgehäuse fest verbunden und von einer Betätigungsfeder belastet ist, die sich auf das Thermostatgehäuse abstützt. Außerdem weist der Thermostat einen Kurzschlußventilteller auf, der von einer Ausgleichsfeder belastet ist, wobei der Hauptstromventilteller einen Kühlmittelstrom von einem Kühler zu einer Wasserpumpe, der Kurzschlußventil­ teller einen Kühlmittelstrom von der Hubkolben-Brennkraftmaschine zur Wasser­ pumpe steuert. Handelsübliche Thermostaten dieser Bauart haben den Nachteil, daß bei größeren umlaufenden Wassermengen die bei hohen oder tiefen Wassertemperaturen jeweils geschlossenen Ventilteller vom Wasserdruck ge­ öffnet werden. Ein Verstärken der Federn, die die Ventilteller auf ihren jeweiligen Sitz halten, ist wegen der dadurch bedingten Belastung der Dehnstoffelemente nur begrenzt möglich. Ein Ausweg aus diesen Schwierigkeiten wird durch Ver­ wendung von zwei parallel geschalteten Thermostaten oder durch Schieberventi­ le gesucht. Beide Wege sind jedoch aufwendig.In FIG. 2, a commercially available embodiment is shown of a thermostat which has an expansion element with an element housing and a piston guided therein, which is supported on a thermostat housing and having a main flow control valve plate fixedly connected to the element housing and loaded by an actuating spring, which is supported on the thermostat housing. In addition, the thermostat has a short-circuit valve plate which is loaded by a compensating spring, the main flow valve plate controlling a coolant flow from a cooler to a water pump, the short-circuit valve plate controlling a coolant flow from the reciprocating internal combustion engine to the water pump. Commercially available thermostats of this type have the disadvantage that the valve plate which is closed at high or low water temperatures is opened by the water pressure in the case of larger circulating water quantities. A strengthening of the springs, which hold the valve plates in their respective seats, is only possible to a limited extent due to the stress on the expansion element caused thereby. A way out of these difficulties is sought by using two thermostats connected in parallel or by slide valves. However, both ways are complex.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Thermostat zu schaffen, dessen Ventilteller unabhängig vom Wasserdruck des Systems aus­ schließlich vom Dehnstoffelement des Thermostaten gesteuert werden. The invention is therefore based on the object of a thermostat create whose valve disc regardless of the water pressure of the system finally controlled by the thermostat expansion element.  

Die Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Durch die feste Verbindung des Kurzschlußventiltellers mit dem Elementgehäuse ist dieser auch mit dem Hauptstromventilteller fest verbunden. Das hat zur Folge, daß bei kaltem Kühlmittel und deshalb geöffnetem Kurzschlußventilteller und ge­ schlossenem Hauptstromventilteller der auf den Kurzschlußventilteller wirkende Strömungsdruck des Wassers die Schließkraft des Hauptstromventiltellers ver­ stärkt. Entsprechend wird bei hoher Wassertemperatur und geschlossenem Kurzschlußventilteller dessen Schließkraft durch den auf den geöffneten Haupt­ stromventilteller wirkende Strömungsdruck verstärkt. In beiden Betriebsweisen wird somit ein Öffnen der jeweils geschlossenen Ventilteller durch den Wasser­ druck vermieden. Wegen der dynamischen Verstärkung der Schließkraft kann die Betätigungsfeder schwächer ausgelegt werden, was zu einer Entlastung des Dehnstoffelementes führt. Bei Übertemperatur des Kühlmittels kann sich dank der erfindungsgemäßen Anordnung der Ausgleichsfeder das Dehnelement gegen deren Federkraft ausdehnen, wodurch es vor Zerstörung geschützt ist.The object is achieved by the characterizing features of claim 1. Through the firm connection of the short-circuit valve plate with the element housing it is also permanently connected to the main flow valve plate. As a result, that with cold coolant and therefore open short-circuit valve plate and ge closed main flow valve plate acting on the short-circuit valve plate Flow pressure of the water ver the closing force of the main flow valve plate strengthens. Accordingly, at high water temperature and closed Short-circuit valve plate whose closing force is due to the open head flow valve plate acting flow pressure increased. In both modes is thus an opening of the respectively closed valve plate by the water pressure avoided. Because of the dynamic strengthening of the closing force the actuating spring are designed weaker, which relieves the Expansion element leads. If the coolant is too hot, thanks the inventive arrangement of the compensating spring against the expansion element expand their spring force, thereby protecting it from destruction.

Es ist von Vorteil, daß die Federkraft der Ausgleichsfeder in allen Stellungen des Kolbens größer als die der Betätigungsfeder ist. Auf diese Weise wird sicherge­ stellt, daß die Ausgleichsfeder erst bei Übertemperatur des Kühlmittels an­ spricht, während das Dehnstoffelement und die Ventilteller im Normalbetrieb nur von der Betätigungsfeder und dem Strömungsdruck beaufschlagt werden. Da­ durch sind diese Bauteile einer relativ niedrigen Beanspruchung unterworfen, was sich auf deren Lebensdauer positiv auswirkt.It is advantageous that the spring force of the balance spring in all positions of the Piston is larger than that of the actuating spring. In this way it is secured makes sure that the compensating spring only turns on when the coolant is too hot speaks, while the expansion element and the valve plate in normal operation only are acted upon by the actuating spring and the flow pressure. There these components are subject to a relatively low load, which has a positive effect on their lifespan.

Von Vorteil ist auch, daß ein Druckpilz mit einem axialen Sackloch vorgesehen ist, in das der Kolben des Dehnstoffelements eingreift und daß der Druckpilz von der Ausgleichsfeder gegen einen Anschlag des Thermostatgehäuses bewegbar ist. Aufgrund der Federkraft der Ausgleichsfeder liegt der Druckpilz im Normalbe­ trieb des Thermostaten an dem Anschlag an. Erst bei Übertemperatur wird die Ausgleichsfeder überdrückt, wodurch sich der Druckpilz von seinem Anschlag abhebt. In diesem Fall stehen das Dehnelement und der Kurzschlußventilteller unter der Kraft der Ausgleichsfeder. Da im Vergleich zur Standardausführung des Thermostaten die Betätigungsfeder schwächer dimensioniert ist, gilt das auch für die Ausgleichsfeder entsprechend womit die maximale Belastung des Dehnele­ mentes ebenfalls geringer wird.It is also advantageous that a pressure mushroom is provided with an axial blind hole is in which the piston of the expansion element engages and that the pressure mushroom from the compensating spring can be moved against a stop on the thermostat housing is. Due to the spring force of the balancing spring, the pressure mushroom is normal powered the thermostat at the stop. Only when the temperature rises Compensating spring overpresses, causing the pressure mushroom from its stop takes off. In this case, the expansion element and the short-circuit valve plate under the force of the balancing spring. As compared to the standard version of the Thermostats the actuating spring is dimensioned weaker, this also applies to the compensating spring accordingly with which the maximum load on the Dehnele mentes also decreases.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei­ bung und der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schema­ tisch dargestellt ist.Further features of the invention result from the following description Exercise and the drawing in which an embodiment of the invention schema is shown table.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Schnitt durch den erfindungsgemäßen Thermostaten, Fig. 1 section through the inventive thermostat,

Fig. 2 Schnitt durch einen handelsüblichen Thermostaten. Fig. 2 section through a commercially available thermostat.

Fig. 1 zeigt einen Thermostaten 1, der unmittelbar an einem Zylinderkopf 14 befestigt ist. Der Thermostat 1 weist ein Dehnstoffelement 3 mit einem Element­ gehäuse 12 und einem Kolben 4 auf, wobei der Kolben 4 gegenüber dem Ele­ mentgehäuse 12 temperaturabhängig bewegbar ist. Mit dem Elementgehäuse 12 sind ein Kurzschlußventilteller 5 und ein Hauptstromventilteller 6 fest verbunden. Der Hauptstromventilteller 6 wird von einer Betätigungsfeder 8 druckbeauf­ schlagt, die sich über einen Betätigungsfederteller 13 auf einem Thermostatge­ häuse 2 abstützt. Der Kurzschlußventilteller 5 steuert eine Kurzschlußöffnung 15, der Hauptstromventilteller 6 eine Hauptstromöffnung 16. Das Thermostatge­ häuse 2 weist einen Wasserpumpenanschluß 17 und einen Kühleranschluß 18 auf. Außerdem ist im Thermostatgehäuse 2 ein Federgehäuse 19 für die Aus­ gleichsfeder 7 vorgesehen. Die Ausgleichsfeder 7 steht über einen Druckpilz 10 mit dem Kolben 4 in Druckverbindung. Sie sitzt im Federgehäuse 19 in einer Fe­ derbohrung 20. Diese ist als Sackbohrung ausgebildet und weist an ihrem offe­ nen Ende einen Anschlag 9 für den Druckpilz 10 auf. Fig. 1 shows a thermostat 1 which is attached directly to a cylinder head 14 . The thermostat 1 has an expansion element 3 with an element housing 12 and a piston 4 , the piston 4 relative to the element housing 12 being movable depending on the temperature. With the element housing 12 , a short-circuit valve plate 5 and a main flow valve plate 6 are firmly connected. The main flow valve plate 6 is pressurized by an actuating spring 8 , which is supported via an actuating spring plate 13 on a Thermostatge housing 2 . The short-circuit valve plate 5 controls a short-circuit opening 15 , the main flow valve plate 6 controls a main flow opening 16 . The Thermostatge housing 2 has a water pump connection 17 and a radiator connection 18 . In addition, a spring housing 19 is provided in the thermostat housing 2 for the equalization spring 7 . The compensating spring 7 is in pressure connection with the piston 4 via a pressure mushroom 10 . It sits in the spring housing 19 in a Fe derbohrung 20th This is designed as a blind bore and has a stop 9 for the pressure mushroom 10 at its open end.

Der erfindungsgemäße Thermostat funktioniert folgendermaßen:
Bei kaltem Kühlmittel, in Fig. 1 als rechte Hälfte des Dehnstoffelementes dar­ gestellt, befindet sich der Kolben 4 in seiner inneren Endstellung im Elementge­ häuse 12. Der Druckpilz 10 liegt am Anschlag 9 an, der Hauptstromventilteller 6 verschließt die Hauptstromöffnung 16 während der Kurzschlußventilteller 5 die Kurzschlußöffnung 15 geöffnet hält. In diesem Zustand strömt das kalte Kühl­ mittel unmittelbar aus dem Zylinderkopf 14 über die Kurzschlußöffnung 15 zum Wasserpumpenanschluß 17 und von dort über die Wasserpumpe zurück in den Motorblock und Zylinderkopf der Hubkolben-Brennkraftmaschine. Der dabei auf den Kurzschlußventilteller 5 wirkende Strömungsdruck wirkt als zusätzliche Schließkraft auf den Hauptstromventilteller 6 und verhindert dessen Öffnen. Mit zunehmender Erwärmung des Kühlmittels dehnt sich das Dehnstoffelement 3 aus, siehe linke Hälfte des Dehnstoffelements in Fig. 1, wodurch der Kolben 4 aus dem Elementgehäuse 12 austritt. Dadurch wird die Kurzschlußöffnung 15 durch den Kurzschlußventilteller 5 zunehmend geschlossen und die Haupt­ stromöffnung 16 durch den Hauptstromventilteller 6 zunehmend geöffnet. Das hat zur Folge, daß der Kurzschlußstrom durch die Kurzschlußöffnung 15 ge­ drosselt und der Kühlmittelstrom vom Kühler zunehmend freigegeben wird. Wenn der Kurzschlußventilteller die Kurzschlußöffnung 15 geschlossen hat, wirkt auf denselben nicht nur die Kraft des Dehnstoffelementes 3 sondern zusätzlich der Strömungsdruck auf den Hauptstromventilteller 6 und verhindert so ein Öffnen des Kurzschlußventiltellers 5. Bei Übertemperatur des Kühlmittels dehnt sich das Dehnstoffelement 3 weiter aus, wodurch sich, wie auf der linken Hälfte des Dehnstoffelements in Fig. 1 unten dargestellt, der Druckpilz 10 vom Anschlag 9 löst und die Druckfeder 7 zusammengedrückt wird. Auf diese Weise wird das Dehnstoffelement 3 vor Zerstörung geschützt. Gegenüber der in Fig. 2 dargestellten Standardlösung wirkt im Übertemperaturfall nur die Ausgleichsfeder 7 auf das Dehnstoffelement 3. Da im Vergleich zur Standardlösung die Betätigungsfeder 8 eine geringere Kraft aufweist und somit auch die Ausgleichsfeder 7 schwächer ausgebildet ist, wird das Dehnstoffelement nur gering belastet. Diese geringe Belastung wirkt sich auf die Lebensdauer des Thermostaten positiv aus.The thermostat according to the invention works as follows:
With cold coolant, shown in Fig. 1 as the right half of the expansion element, the piston 4 is in its inner end position in the element housing 12th The pressure mushroom 10 rests on the stop 9 , the main flow valve plate 6 closes the main flow opening 16 while the short circuit valve plate 5 keeps the short circuit opening 15 open. In this state, the cold cooling medium flows directly from the cylinder head 14 via the short-circuit opening 15 to the water pump connection 17 and from there via the water pump back into the engine block and cylinder head of the reciprocating piston internal combustion engine. The flow pressure acting on the short-circuit valve plate 5 acts as an additional closing force on the main flow valve plate 6 and prevents it from opening. With increasing heating of the coolant, the expansion element 3 expands, see left half of the expansion element in FIG. 1, whereby the piston 4 emerges from the element housing 12 . As a result, the short-circuit opening 15 through the short-circuit valve plate 5 is increasingly closed and the main flow opening 16 through the main flow valve plate 6 is increasingly opened. As a result, the short-circuit current through the short-circuit opening 15 is throttled and the coolant flow from the cooler is increasingly released. When the short-circuit valve plate has closed the short-circuit opening 15 , not only the force of the expansion element 3 acts on it, but also the flow pressure on the main flow valve plate 6 and thus prevents the short-circuit valve plate 5 from opening. When the coolant overheats, the expansion element 3 expands further, as a result of which, as shown on the left half of the expansion element in FIG. 1 below, the pressure mushroom 10 detaches from the stop 9 and the compression spring 7 is compressed. In this way, the expansion element 3 is protected from destruction. Compared to the standard solution shown in FIG. 2, only the compensating spring 7 acts on the expansion element 3 in the event of overtemperature. Since the actuating spring 8 has a lower force than the standard solution and thus the compensating spring 7 is also made weaker, the expansion element is loaded only slightly. This low load has a positive effect on the life of the thermostat.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Regeln der Temperatur in einem Kühlkreislauf einer Hub­ kolben-Brennkraftmaschine, mit einem Thermostat, der ein Dehnstoffelement mit einem Elementgehäuse und einem darin geführten Kolben aufweist, der sich auf einem Thermostatgehäuse abstützt, und mit einem Hauptstromventilteller, der mit dem Elementgehäuse fest verbunden und von einer Betätigungsfeder be­ lastet ist, die sich auf dem Thermostatgehäuse abstützt, und mit einem Kurz­ schlußventilteller, der von einer Ausgleichsfeder belastet ist, wobei der Haupt­ stromventilteller einen Kühlmittelstrom von einem Kühler zu einer Wasserpumpe, der Kurzschlußventilteller einen Kühlmittelstrom von der Hubkolben-Brennkraft­ maschine zur Wasserpumpe steuert, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Kurzschlußventilteller (5) mit dem Ele­ mentgehäuse (12) fest verbunden ist und der Kolben (4) sich über die Aus­ gleichsfeder (7) auf dem Thermostatgehäuse (2) abstützt.1. Device for regulating the temperature in a cooling circuit of a reciprocating piston internal combustion engine, with a thermostat which has an expansion element with an element housing and a piston guided therein, which is supported on a thermostat housing, and with a main flow valve plate, which is fixed to the element housing connected and loaded by an actuating spring, which is supported on the thermostat housing, and with a short-circuit valve plate, which is loaded by a compensating spring, the main flow valve plate a coolant flow from a cooler to a water pump, the short-circuit valve plate a coolant flow from the reciprocating piston Internal combustion engine controls the water pump, characterized in that the short-circuit valve plate ( 5 ) with the ele- ment housing ( 12 ) is firmly connected and the piston ( 4 ) is supported by the balancing spring ( 7 ) on the thermostat housing ( 2 ). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkraft der Ausgleichsfeder (7) in allen Stellungen des Kolbens (4) größer als die der Betätigungsfeder (8) ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the spring force of the compensating spring ( 7 ) in all positions of the piston ( 4 ) is greater than that of the actuating spring ( 8 ). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckpilz (10) mit einem axialen Sackloch (11) vorgesehen ist, in das der Kolben (4) des Dehnstoffelements (3) eingreift und daß der Druckpilz (10) von der Ausgleichsfeder (7) gegen einen Anschlag (9) des Thermostatgehäuses (2) bewegbar ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that a pressure mushroom ( 10 ) is provided with an axial blind hole ( 11 ) into which the piston ( 4 ) of the expansion element ( 3 ) engages and that the pressure mushroom ( 10 ) of the Compensating spring ( 7 ) against a stop ( 9 ) of the thermostat housing ( 2 ) is movable.
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