DE4432292B4

DE4432292B4 - Verteilereinrichtung für das Kühl- bzw. Heizsystem von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE4432292B4
Application number: DE19944432292
Authority: DE
Inventors: Tang Sanh Nguyen
Original assignee: Phoenix AG
Current assignee: PHOENIX AUTOMOTIVE GMBH, 21079 HAMBURG, DE
Priority date: 1993-03-13
Filing date: 1994-09-12
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2014-09-13
Also published as: DE4432292A1

Abstract

Verteilereinrichtung für das Kühl- bzw. Heizsystem von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren, welche mehrere Zu- bzw. Abflüsse und diese ggf. steuernde Thermostatventile für die Kühl- und Heizflüssigkeit aufweist, wobei ein überwiegender Teil der Zu- und Abflüsse von Wärmeerzeugern-Verbrennungsmotor (1), Kühlmittelheizgerät- und Wärmetauschern-Kühler (6); Wärmetauscher für Heizung (5) – in einer Verteilereinrichtung (9) münden, die vorzugsweise an höchster Stelle des Kühl- und Heizsystems und mit dessen Ausgleichsbehälterraum vereinigt in einem Gehäuse angeordnet ist, vorzugsweise für Motoren mit getrennten Zylinderkopf- und -blockkühlkreisen mit saugseitig an der Saugkammer (9S) und am Kühler (6) angeschlossener Kühlmittelpumpe (4) und gegen die Rücklaufkammer (9R) bei niedriger Kühlmitteltemperatur entlastbarer Förderleitung (4F) der Kühlmittelpumpe (4), gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
– ein oder mehrere Kühlkreise (K2; K3) weisen einen gemeinsamen Zulauf von der Druckseite der Kühlmittelpumpe auf,
– die Rückläufe einer oder mehrerer Kühlkreise (K2; K3) sind an der Rücklaufkammer (9R) über Ventile (92; 93) angeschlossen, die bei niedriger...

Description

Die Erfindung betrifft eine Verteilereinrichtung für das Kühl- bzw. Heizsystem von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren gemäß der DE 43 08 002 C1 , vorzugsweise für Motoren mit getrennten Zylinderkopf- und Zylinderblockkühlkreisen.
Die Verteilereinrichtung für das Kühl- bzw. Heizsystem von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren gemäß der Hauptanmeldung weist mehrere Zu- bzw. Abflüsse und diese ggf. steuernde Thermostatventile für die Kühl- und Heizflüssigkeit auf, wobei ein überwiegender Teil der Zu- und Abflüsse von Wärmeerzeugern-Verbrennungsmotor, Kühlmittelheizgerät- und Wärmetauschern-Kühler; Wärmetauscher für Heizung – in einer Verteilereinrichtung münden, die vorzugsweise an höchster Stelle des Kühl- und Heizsystems und mit dessen Ausgleichsbehälterraum vereinigt in einem Gehäuse angeordnet ist.

Vorbekannt sind Kühlsysteme für Verbrennungsmotoren in Fahrzeugen mit getrennten Zylinderkopf und Zylinderblockkühlkreisen durch die Schrift DE 28 41 555 A1 . Jeder der Kühlkreise weist einen eigenen Zu- und Abströmquerschnitt auf. Die Kühlmittelpumpe saugt im kalten Zustand des Motors entweder direkt aus dem Rücklauf des Zylinderkopf- und Zylinderblockkühlkreises oder im warmen Zustand des Motors über einen Kühler an und speist über ein Steuerventil die genannten Kühlkreisläufe. Bei niedriger Temperatur wird nur der Zylinderkopfkühlkreis und bei Soll-tmperatur nur Zylinderblockkühlkreis beaufschlagt. Im letzteren Fall durchströmt das. dem Zylinderblock zugeführte Kühlmittel jedoch auch den Zylinderkopf.

Diese Lösung ist zwar einer optimierten Kühlung des Motors angepaßt, erfüllt aber beispielsweise nicht die Anforderung für eine sehr schnelle Erwärmung des Zylinderkopfes.

Vorbekannt ist eine Verteilereinrichtung für das Kühl- und Heizsystem von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren der vorbestimmten Gattung durch die Schrift DE 41 21 379 A1 , speziell dargestellt in 1 dieser Schrift. Sie weist mehrere Zu- bzw. Abflüsse und steuernde Thermostatventile für die Kühl- bzw. Heizflüssigkeit auf. Mittels dieser Verteilereinrichtung wird ein spezielles Verfahren zur optimalen Wirksamkeit der Fahrzeugheizung mit spezifischer Rückwirkung auf das Kühlsystem des Motors realisiert. Die Lösung gemäß dieser Schrift ist hinsichtlich einer zentralisierten Verteilung weniger angepaßt, als die Lösung des Hauptpatentes.

Bei Motoren mit getrennten Zylinderkopf- und Zylinderblockkühlkreisen ist es durch die Schrift DE 32 26 880 A1 vorbekannt, an den Zylinderblockkühlkreis vorzugsweise die Fahrzeugheizung, die Öfvorwärmeinrichtung oder die Saugrohrheizung anzuschließen. Vorgesehen ist weiterhin das Kühlmittel des Zylinderblockkühlkreises den Zylinderkopfkühlkreis zusätzlich durchströmen zu lassen. Diese Schrift enthält keine Hinweise für die später beschriebene Aufgabenstellung vorliegender Erfindung.

In der Schrift DE 33 17 454 A1 wird ein Kühlsystem für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, vorgestellt. Mittels einer mit zwei Thermostatventilen ausgestatteten Steuereinheit ist der Kühlerwasserfluss in dem Kühlwasserkreislauf des Zylinderkopfes und des Kurbelgehäuses der Brennkraftmaschine unabhängig voneinander steuerbar. Diese Schrift enthält ebenfalls keine Hinweise auf die nun dargelegte Aufgabenstellung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verteilereinrichtung für das Kühl- und Heizsystem von Fahrzeugen als auch Arbeitsmaschinen mit Verbrennungsmotoren der eingangs genannten Gattung in der Weise zu gestalten, daß sich der Motor einerseits schnell erwärmt und andererseits die Heizung schnell wirksam wird. Dabei soll eine ständig fördernde Kühlmittelpumpe üblicher Art angewendet und deren Verlustleistung gering gehalten werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den im kennzeichnenden Teil des 1. Anspruches angegebenen Aufbau der Verteilereinrichtung erzielt. Die Steuerung des Kühl- bzw. Heizmittelumlaufes erfolgt im wesentlichen in der Verteilereinrichtung über die jeweils mit zwei Schläuchen angeschlossenen Baugruppen bzw. Aggregate.

Diese Lösung bietet einerseits ein besonders den Motor- und Heizbedingungen angepaßtes Kühlsystem mit einer ständig fördernden Kühlmittelpumpe, deren Verlustleistung gering gehalten wird und andererseits eine weitgehende Vormontierbarkeit des Kühl- und Heizleitungssystems durch die Verteilereinrichtung mit den zugehörigen Regel- und Kontrolleinrichtungen.

Die Merkmale der weiteren Ansprüche werden in der Beschreibung im Zusammenhang mit ihren Wirkungen erläutert.
An Hand einer Zeichnung werden nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Es zeigt:
1 ein Kühl- und Heizsystem für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor mit einer erfindungsgemäßen Verteilereinrichtung in schematisierter Darstellung;
2a–d verschiedene Temperaturzustände des Kühl- und Heizsystems gemäß 1 mit einer erfindungsgemäßen Verteilereinrichtung in schematisierten Darstellungen;
3a + b ein Kühl- und Heizsystem in anderer Ausführung mit einer erfindungsgemäßen Verteilereinrichtung in schematisierter Darstellung; bei verschiedenen Temperaturzuständen des Kühl- und Heizsystems.
In 1 ist das Kühl- und Heizsystem von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor 1 mit einer erfindungsgemäßen Verteilereinrichtung 9 schematisiert gezeigt. Die Verteilereinrichtung 9 ist als ein zwei oder drei Kammern aufweisendes Gehäuse gebildet, das den, mit einem Fülldeckel mit Überdruckventil versehenen Ausgleichsbehälterraum für das Kühl- und Heizsystem umfaßt.
Der Verbrennungsmotor 1 weist zwei Kühlkreisläufe K2; K3 auf, die über die Kühlmittelpumpe 4 mit beaufschlagt werden. Der Kühlkreislauf K2 kühlt den Zylinderkopf 2, der Kühlkreislauf K3 den Zylinderblock 3.
Die Kühlpumpe 4 ist saugseitig über die Zuleitung 4S an der Saugkammer 9S der Verteilereinrichtung 9 angeschlossen. Die Saugkammer 9S ist über ein temperaturabhängig geöffnetes oder geschlossenes Ventil 91 mit der Rücklaufkammer 9R verbunden. In ihr mündet aber auch die Rücklaufleitung 6R des durch ein vorzugsweise thermostatisch geregeltes Zuflußventil 96 an der Rücklaufkammer 9R angeschlossenen Kühlers 6.
Die Druckseite der Kühlmittelpumpe 4 mit der Leitung 4F ist gegen die Rücklaufkammer 9R über ein temperaturabhängig geregeltes Ventil 94 entlastbar.
Das von der Kühlpumpe 4 geförderte Kühlmittel fließt über die Rücklaufleitung 2R vom Zylinderkopf 2 und über die Rücklaufleitung 3R vom Zylinderblock 3 über je ein thermostatisch geregeltes Abflußventil 92 bzw. 93 zur Rücklaufkammer der Verteilereinrichtung 9, sofern diese Abflußventile 92 bzw. 93 geöffnet sind.
Ein Wärmetauscher 5 der Fahrzeugheizung ist an der Rücklaufleitung 2R angeschlossen und wird über diese mit Kühlmittel beaufschlagt. Die Rücklaufleitung 5R des Wärmetauschers 5 mündet über ein Regulierventil 95 für die Durchflußmenge, das vorzusweise in der Verteilereinrichtung 9 angeordnet ist, in der Saugkammer 9S der Verteilereinrichtung 9.
2A zeigt den Kühlkreislauf bei kaltem Zustand der Kühlflüssigkeit.
Die Abflußventile 92; 93 und das Zuflußventil 95 zum Kühler sind geschlossen. Die temperaturabhängig geregelten Ventile 91 und 94 in der Verteilereinrichtung 9 befinden sich im geöffneten Zustand, womit die Förderleitung 4F zur Rücklaufkammer 9R und von dort zur Saugkammer 9S entlastet ist.
Bei geöffnetem Regulierventil 95 des Wärmetauschers 5 ist dieser über den Kühlkreis K2 im Zylinderkopf 2 der vorbeschriebenen Entlastungsstrecke parallelgeschaltet und wird dabei schwach durchflossen. Bereits schwach anfallende Wärme im Kühlkreis K2 wird für die Fahrzeugheizung wirksam.
2b zeigt den Kühlkreislauf bei warmem Zustand des Zylinderkopfes.
Das Abflußventil 93, das Zuflußventil 96 zum Kühler und das temperaturabhängig geregelte Ventil 94 sind geschlossen.
Die temperaturabhängig geregelten Abflußventile 92; 93 und das temperaturabhängig geregeltes Ventil 91 in der Verteilereinrichtung 9 befindet sich im geöffneten Zustand. Die Kühlkreise K2 und K3 im Zylinderkopf 2 und im Zylinderblock werden von Kühlmittel durchflossen und sind wirksam, bei geöffnetem Regulierventil 95 ebenso der Wärmetauscher 5.
Nachfolgend wird die Funktion und das Durchströmen der Kühlkreisläufe und Ventile in den 2a bis 2d bei verschiedenen Zuständen des Motors beschrieben.
2d zeigt den Kühlkreislauf bei warmem Zustand des gesamten Motors bei hoher Last.
Die temperaturabhängig geregelten Abflußventile 92; 93 in der Verteilereinrichtung 9 befinden sich im geöffneten Zustand. Die Kühlkreise K2 und K3 im Zylinderkopf 2 und im Zylinderblock 3 werden von Kühlmittel durchflossen und sind wirksam, bei geöffnetem Regulierventil 95 ebenso der Wärmetauscher 5.
Das Zuflußventil 96 zum Kühler ist offen und die temperaturabhängig geregelten Ventile 91 und 94 sind geschlossen.
Hierdurch kann das Kühlmittel aus der Rücklaufkammer 9R nur nach Durchströmen des Kühlers 6 abgekühlt in die Saugkammer 9S gelangen und von der Kühlmittelpumpe 4 gefördert werden.
Vorteilhaft sind das Ventil 91 und das Zuflußventil 96 gekoppelt, so daß sie alternativ mehr oder minder geöffnet bzw. geschlossen sind.
In 3a und 3b ist eine weitere Ausführung dargestellt. Anders als bei der vorbeschriebenen Lösung ist der Rücklauf des Wärmetauschers 5 an der Rücklaufkammer 9R angeschlossen.
3a zeigt den Kühlkreislauf bei sich erwärmendem Zylinderkopf.
Das Abflußventil 93, das Zuflußventil 96 zum Kühler und das temperaturabhängig geregelte Ventil 94 sind geschlossen. Das temperaturabhängig geregelte Ventil 91 in der Verteilereinrichtung 9 befindet sich im geöffneten Zustand.
Das für den Kühlkreislauf K2 des Zylinderkopfes 2 maßgebende temperaturabhängig geregelte Abflußventil 92 sollte in vorteilhafter Weise stetig mit zunehmender Erwärmung des Kühlmittels zunehmend seinen Durchflußquerschnitt öffnen, so daß bei geöffnetem Regulierventil 95 des Wärmetauschers 5 dieser dann zunehmend weniger durchströmt wird.
Weiterhin fließt abweichend von der Ausführung gemäß 1 bei vollwarmem Motor – das Ventil 91 ist geschlossen – das Kühlmittel aus dem Wärmetauscher 5 ebenfalls durch den Kühler 6, siehe 3b.
Ohne von der Erfindung abzuweichen können die Rückläufe 5R und 6R von Wärmetauscher 5 und Kühler 6 direkt an der Saugleitung 4S der Kühlmittelpumpe 4 angeschlossen sein. Vorteilhaft ist in diesem Fall auch die Saugleitung 4S über das Ventil 91 an der Rücklaufkammer 9R direkt angeschlossen – nicht dargestellt –.
Ein Temperaturfühler 10 ist vorzugsweise im Bereich der höchsten thermischen Belastung angeordnet. Er könnte vorzugsweise zur Ansteuerung des Abflußventiles 92 des Kühlkreises K2 des Zylinderkopfes 2 genutzt werden, um diesen schnell aber auch risikolos auf Betriebstemperatur zu bringen.
Die temperaturabhängig öffnenden bzw. schließenden Ventile 91 bis 94 und 96 können thermostatisch oder elektrisch geregelt sein, dabei sind alternativ öffnende bzw. schließende Ventile zusammengefaßt von einem Betätigungselement betätigbar.
Vorteilhaft ist es auch möglich, die Ventile 91 bis 94 und 96 als einen Drehschieber bzw. Rohrschieber oder Hubschieber auszuführen, der z. B. entsprechend der in der 2a–2d gezeigten Folge die Zu- und Rückläufe temperaturabhängig auf und zusteuert. Dabei ist sowohl eine thermostatische als auch temperaturabhängig, elektrische Ansteuerung möglich – nicht dargestellt –.
Eine Anwendung der Erfindung mit nur einem Kühlkreislauf ist ebenfalls vorteilhaft möglich. Zum schnelleren Erwärmen des Motors aus dem kalten Zustand wird die Kühlmittelpumpe 4 weitgehend zur Rücklaufkammer 9R hin entlastet und ggf. nur ein minimaler Durchfluß durch den Wärmetauscher 5 der Fahrzeugheizung eingestellt. Dabei ist ein Temperaturfühler 10 vorzugsweise im Bereich der höchsten thermischen Belastung angeordnet, um das Ventil 94 schnell zu schließen und so eine Kühlung durch die gesamte geförderte Kühlmittelmenge zu bewirken.

1: Verbrennungsmotor
2: Zylinderkopf
3: Zylinderblock
4: Kühlmittelpumpe (vom Verbrennungsmotor angetrieben)
5: Wärmetauscher für Fahrzeugheizung
6: Kühler
9: Verteilereinrichtung
9S: Saugkammer in 9
9R: Rücklaufkammer in 9
91: Ventil temperaturabhängig geöffnet bzw. geschlossen
92; 93: Abflussventile, temperaturabhängig geöffnet bzw. geschlossen
94: Ventil, temperaturabhängig geöffnet bzw. geschlossen
95: Regulierventil
96: Zuflussventil, temperaturabhängig geöffnet bzw. geschlossen
10: Temperaturfühler
4F bzw. 4S: Förder- bzw. Saugleitung von 4
6R bzw. 6Z: Rücklauf- bzw. Zulaufleitung von 6

Claims

Verteilereinrichtung für das Kühl- bzw. Heizsystem von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren, welche mehrere Zu- bzw. Abflüsse und diese ggf. steuernde Thermostatventile für die Kühl- und Heizflüssigkeit aufweist, wobei ein überwiegender Teil der Zu- und Abflüsse von Wärmeerzeugern-Verbrennungsmotor (1), Kühlmittelheizgerät- und Wärmetauschern-Kühler (6); Wärmetauscher für Heizung (5) – in einer Verteilereinrichtung (9) münden, die vorzugsweise an höchster Stelle des Kühl- und Heizsystems und mit dessen Ausgleichsbehälterraum vereinigt in einem Gehäuse angeordnet ist, vorzugsweise für Motoren mit getrennten Zylinderkopf- und -blockkühlkreisen mit saugseitig an der Saugkammer (9S) und am Kühler (6) angeschlossener Kühlmittelpumpe (4) und gegen die Rücklaufkammer (9R) bei niedriger Kühlmitteltemperatur entlastbarer Förderleitung (4F) der Kühlmittelpumpe (4), gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – ein oder mehrere Kühlkreise (K2; K3) weisen einen gemeinsamen Zulauf von der Druckseite der Kühlmittelpumpe auf, – die Rückläufe einer oder mehrerer Kühlkreise (K2; K3) sind an der Rücklaufkammer (9R) über Ventile (92; 93) angeschlossen, die bei niedriger Kühlmitteltemperatur gesperrt und bei normaler Kühlmitteltemperatur geöffnet sind, – der Kühler (6) ist mit seinem Zulauf (6Z) an der Rücklaufkammer (9R) über ein Ventil (96) angeschlossen, das bei niedriger Kühlmitteltemperatur gesperrt und bei höherer Kühlmitteltemperatur geöffnet ist.
Verteilereinrichtung für das Kühl- und Heizsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher (5) der Fahrzeugheizung der Rücklaufleitung (2R) des Kühlkreises (K2) des Zylinderkopfes (2) parallel geschaltet an der Rücklaufkammer 9R angeschlossen ist, wobei ein temperaturabhängiges Abflussventil (92) zur Durchflussregelung des Kühlkreises (K2) des Zylinderkopfes (2) an der Rücklaufkammer (9R) angeordnet ist.
Verteilereinrichtung für das Kühl- und Heizsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (5) der Fahrzeugheizung einerseits an der Rücklaufleitung (2R) des Kühlkreises (K2) des Zylinderkopfes (2) und andererseits an der Saugleitung (4S) der Kühlmittelpumpe (4) angeschlossen ist, wobei ein temperaturabhängiges Abflussventil (92) zur Durchflussregelung des Kühlkreises (K2) des Zylinderkopfes (2) an der Rücklaufkammer (9R) angeordnet ist.
Verteilereinrichtung für das Kühl- und Heizsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Saugkammer (9S) über ein temperaturabhängig geöffnetes oder geschlossenes Ventil (91) mit der Rücklaufkammer (9R) verbunden ist und in ihr die Rücklaufleitung (6R) des durch ein vorzugsweise thermostatisch geregeltes Zuflussventil (96) an der Rücklaufkammer (9R) angeschlossenen Kühlers (6) mündet.
Verteilereinrichtung für das Kühl- und Heizsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (91) und das Zuflussventil (96) als eine Einheit gekoppelt und alternativ gegenläufig mehr oder minder geöffnet bzw. geschlossen sind.
Verteilereinrichtung für das Kühl- und Heizsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (94) zur Entlastung der Förderleitung (4F) der Kühlmittelpumpe (4) und das Abflussventil (92) zur Durchflussregelung des Kühlkreises (K2) des Zylinderkopfes (2) als eine Einheit gekoppelt und alternativ gegenläufig mehr oder minder geöffnet bzw. geschlossen sind.
Verteilereinrichtung für das Kühl- und Heizsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (91 bis 94 und 96) mittels eines dreh- und/oder schiebbaren Steuerschiebers gebildet werden, der thermostatisch oder temperaturabhängig, elektrisch ansteuerbar ist.