DE60209364T3 - Steuerventil für kühlsystem eines motors - Google Patents
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für einen Fluidzirkulationskreislauf sowie den Kreislauf, der mit einem solchen Ventil ausgestattet ist.
- Sie zielt insbesondere darauf ab, ein Steuerventil bereitzustellen, das für einen Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors eines Automobils bestimmt ist.
- Ein solcher Kühlkreislauf wird von einem Kühlmittel durchlaufen, gewöhnlich Wasser mit einem Frostschutzmittel, das im geschlossenen Kreislauf unter der Einwirkung einer Umwälzpumpe zirkuliert.
- Im Allgemeinen weist ein solcher Kühlkreislauf mehrere Zweige auf, darunter einen Zweig, der einen Kühler aufweist, einen Zweig, der eine Abzweigung des Kühlers bildet, und einen Zweig, der einen Radiator aufweist, auch Heißlufterzeuger genannt, der zum Erhitzen des Fahrgastraums dient.
- Es ist bekannt, ein Thermostatventil zu verwenden, das einen Fluideingang aufweist, der mit dem Ausgang des Motors verbunden ist, und zwei Fluidausgänge, die jeweils dem Zweig, der den Kühler enthält, und dem Zweig, der die Abzweigung bildet, entsprechen.
- Beim Kaltstarten des Motors und solange die Temperatur des Kühlmittels nicht einen Schwellenwert erreicht hat, lässt das Ventil das Kühlmittel in dem Abzweigzweig unter Umgehen des Kühlers zirkulieren. Sobald die Temperatur des Kühlmittels den oben genannten Schwellenwert erreicht und überschreitet, durchquert das Kühlmittel den Kühler und umgeht den Abzweigzweig.
- Im Allgemeinen zirkuliert das Kühlmittel ständig in dem Zweig, der den Heizradiator enthält, wobei das Heizen des Fahrgastraums daher durch Mischen eines Stroms kalter Luft und eines Stroms warmer Luft, die über den Heizradiator gestrichen ist, erzielt wird. Es ist auch bekannt, ein getrenntes Ventil auf dem Heizradiator zu verwenden, um den Durchfluss an Kühlmittel, das ihn durchquert, einzustellen.
- Bei den bestehenden Ausführungen verwendet man Steuerventile, die es erlauben, den Kühlmitteldurchsatz in den verschiedenen Zweigen des Kühlkreislaufs eines Motors unabhängig zu verwalten, um die Temperatur des Verbrennungsmotors und das Erhitzen des Fahrgastraums unabhängig zu optimieren. Die Steuerventile geben jedoch keine Information über den Zustand des Kühlkreislaufs zum Steuersystem des Ventils oder zum Rechner des Motors und erlauben es nicht, Pannen oder Funktionsstörungen des Kühlkreislaufs zu diagnostizieren.
- Ferner ist es bekannt, externe Fühler an dem Ventil zu verwenden, um das Funktionieren der Wärmetauschflüssigkeit zu überwachen. Die Installation solcher Fühler ist jedoch kostspielig, nur wenig zuverlässig und benötigt ferner mehrere Steckverbindungen, um die Messwerte an den Rechner des Fahrzeugs und an das Steuersystem des Ventils zu übertragen.
- Die Ventile aktueller Kühlkreisläufe sind daher nicht ausgestattet, um eine eventuelle Funktionsstörung zu erfassen und gegebenenfalls, um dafür eine Diagnose zu liefern, die es erlaubt, das Funktionieren der Ventile anzupassen.
- Die Dokumente
US 6 185 757 undJP 61 062 679 - Diese Ventile benötigen jedoch relativ starke Antriebsmotoren, um die Reibungen zwischen dem Ventilkörper und dem Drehorgan zu überwinden.
- Aus dem Dokument
DE 3 133 633 ist ein Ventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. - Die Erfindung verbessert die Situation.
- Sie schlägt dazu ein Steuerventil vor, das eingebaute Fühler aufweist und für einen Fluidzirkulationskreislauf bestimmt ist, der in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einen Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors eines Automobils bildet, und das mit eingebauten Fühlern versehen ist, um die Position des Steuerventils in Abhängigkeit von mindestens einer charakteristischen Größe des Zustands des Kühlkreislaufs, die von den Fühlern gemessen wird, und zum Diagnostizieren einer Funktionsstörung des Kühlkreislaufs zu steuern.
- Bei dieser besonderen Anwendung zielt die Erfindung darauf ab, ein Ventil bereitzustellen, das es erlaubt, den Durchfluss des Kühlmittels in den verschiedenen Zweigen des Kühlkreislaufs des Motors unabhängig zu verwalten, um die Temperatur des Verbrennungsmotors und das Erhitzen des Fahrgastraums zu optimieren.
- Die Erfindung betrifft daher insbesondere ein Steuerventil für einen Fluidzirkulationskreislauf nach den Merkmalen des Anspruchs 1.
- Das ist ganz besonders geeignet, wenn ein Fluidausgang einen großen Querschnitt besitzt und vermeidet es, den Durchmesser des Ventilkörpers zu erhöhen. Das ist nützlich, wenn man einen ausgewählten Zweig des Kreislaufs isolieren will.
- Bei einer vorteilhaften Ausführungsform grenzt der Körper eine zylindrische Aufnahme für das Einstellorgan ab, und die Seitenwand ist eine zylindrische Wand.
- Es ist daher möglich, den Fluiddurchfluss durch die verschiedenen Ausgänge des Ventils zu verwalten, und zwar in Abhängigkeit von der Winkelposition, die dem Einstellorgan des Ventils verliehen wird.
- Es ist auf diese Weise möglich, die Verteilung des Fluids gemäß einem vordefinierten Gesetz zu verwalten.
- Ein solches Ventil kann daher einen Fluidzirkulationskreislauf ausstatten und insbesondere einen Kühlkreislauf eines Motors eines Automobils, um unabhängig die Kühlmitteldurchflüsse in den verschiedenen Zweigen des Kreislaufs zu verwalten.
- Vorteilhafterweise umfasst das abgestumpfte Ende eine im Allgemeinen ebene Seite, die mit der Rotationsachse einen ausgewählten Winkel in der Nähe von 45° bildet.
- Bei dem erfindungsgemäßen Ventil kann wenigstens einer der Fluidausgänge ein radialer Rohrstutzen oder ein tangentialer Rohrstutzen sein.
- Bei einer besonderen Anwendung weist das Ventil drei Fluidausgänge auf.
- Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das Einstellorgan mit einem Schlitzring bedeckt, der in Drehung fest mit einem vorstehenden Dorn verbunden ist, den das Einstellorgan umfasst.
- In diesem Fall besteht der Schlitzring vorteilhafterweise aus einem Werkstoff mit geringem Reibungskoeffizienten. Ein solcher Schlitzring weist vorzugsweise einen Außendurchmesser auf, der leicht größer ist als der Innendurchmesser des Ventilkörpers vor der Montage, und einen Innendurchmesser leicht größer als der Außendurchmesser des Einstellorgans nach der Montage.
- Es ist vorteilhaft, dass der Schlitzring eine Region des Einstellorgans abdeckt, die mit kreisförmigen Rillen versehen ist. Diese Rillen garantieren nämlich das Andrücken des Schlitzrings gegen die Innenwand des Körpers, wobei daher eine gute Betriebsabdichtung sichergestellt wird.
- Als Variante oder als Ergänzung kann das abgestumpfte Ende des Einstellorgans einen Kanal umfassen, der eine ausgewählte Form, vorteilhafterweise im Kreisbogen hat, was es erlaubt, das stufenlose Öffnen zu optimieren.
- Als Variante oder Ergänzung kann das Einstellorgan mit einer Dichtkufe versehen sein, die vorzugsweise auf eine Feder montiert ist, was es erlaubt, die Abdichtung zu erzielen, insbesondere auf dem Zweig des Kreislaufs, der der kritischste ist.
- Das Steuerventil umfasst vorteilhafterweise Antriebsmittel, die das Einstellorgan mittels eines Antriebsrads, das zu einem Untersetzungsgetriebe gehört, antreiben können, um es in Winkelpositionen zu bringen, die in Bezug auf den Ventilkörper ausgewählt werden.
- Ergänzend umfasst das Ventil einen Mikroprozessor zum Steuern der Antriebsmittel.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Einstellorgan mindestens einen internen Fühler zum Messen der Werte in Zusammenhang mit dem Betrieb des Fluidzirkulationskreislaufs.
- Bei einer ersten Ausführungsform sind die internen Fühler Luftpräsenzfühler in dem Kreislauf.
- Bei einer besonderen Anwendung weist das Einstellorgan einen ausgehöhlten Kanal auf, der sich über die ganze Länge des Einstellorgans zur Aufnahme der Fühler erstreckt.
- Vorteilhafterweise durchquert ein erstes Ende der Fühler das untere Ende des Einstellorgans, das zu der Bodenwand gewandt ist, an einer ausgewählten Stelle, um mit dem Fluid im Kontakt zu sein.
- Bei einer zweiten Ausführungsform sind die Fühler Temperaturfühler, und der ausgehöhlte Kanal weist ein unteres Ende aus Messing in Berührung mit dem Fluid auf, um darin das erste Ende der Temperaturfühler aufzunehmen.
- Es ist vorteilhaft, dass das zweite Ende der Fühler das obere Ende des Ventils nach außen durchquert, um die von den Fühlern gemessenen Werte zu übertragen.
- Ergänzend ist das zweite Ende der Fühler mit Mitteln zur Datenübertragung verbunden, um die von den Fühlern gemessenen Werte an den Mikroprozessor und/oder an einen Rechner zu übertragen.
- Bei einer Ausführungsform umfassen die Datenübertragungsmittel kreisförmige Pisten mit elektrischem Kontakt.
- Bei dieser Ausführungsform können die Datenübertragungsmittel auch Steckverbinder umfassen, die mit den kreisförmigen Pisten verbunden sind, um die von den Fühlern kommenden Werte zu übertragen.
- Die kreisförmigen Pisten können sich auf einem beweglichen Teil des Ventils befinden, während sich die Steckverbinder auf einem stationären Teil des Ventils befinden.
- Als Variante können die kreisförmigen Pisten auf einem stationären Teil des Ventils liegen, während die Steckverbinder auf einem beweglichen Teil des Ventils liegen.
- Insbesondere ist der bewegliche Teil des Ventils das Antriebsrad der Antriebsmittel.
- Das Steuerventil umfasst vorteilhafterweise einen Stecker, der mit den Datenübertragungsmitteln des Ventils verbunden ist, um die Messwerte an den Mikroprozessor und/oder an den Rechner zu übertragen.
- Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Fluidzirkulationskreislauf, der ein wie oben definiertes Steuerventil umfasst, dessen Fluideingang mit einer Fluidquelle verbunden ist, und dessen Fluidausgänge jeweils mit Zweigen des Kreislaufs verbunden sind.
- Bei einer bevorzugten Anwendung ist der Kreislauf in Form eines Kühlkreislaufs eines Verbrennungsmotors eines Automobils ausgeführt, der von einem Kühlfluid unter der Einwirkung einer Umwälzpumpe durchlaufen wird. Bei dieser Anwendung ist das Steuerventil ein Dreiwegeventil, dessen Fluideingang mit einem Kühlmitteleinlass, der von dem Motor kommt, verbunden ist, und dessen drei Fluidausgänge jeweils mit einem ersten Zweig des Kreislaufs verbunden sind, der einen Kühler enthält, mit einem zweiten Zweig des Kreislaufs, der eine Abzweigung des Kühlers bildet, und mit einem dritten Zweig des Kreislaufs, der einen Heißlufterzeuger zum Erhitzen des Fahrgastraums enthält.
- Bei der folgenden Beschreibung, die nur beispielhaft ist, wird auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in welchen:
-
1 eine perspektivische Ansicht eines Steuerventils des Dreiwegetyps gemäß einer ersten Ausführungsform ist, -
2 eine Draufsicht des Ventils der1 ist, -
3 und4 Seitenansichten des Ventils der1 und2 sind, -
5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V des3 ist, -
6 bis8 Schnittansichten sind, die jeweils gemäß den Linien VI-VI, VII-VII und VIII-VIII der4 genommen sind, -
9 eine perspektivische Ansicht eines Einstellorgans eines Steuerventils gemäß einer anderen Ausführungsform ist, die mit einem Kanal versehen ist, -
10 und11 zwei Seitenansichten des drehenden Organs der9 sind, -
12 bis15 Schnittansichten sind, die jeweils den5 bis8 für ein Steuerventil entsprechen, das mit einem drehenden Organ gemäß den9 bis11 ausgestattet ist, -
16 eine perspektivische Ansicht eines Einstellorgans ist, das mit einer Dichtkufe ausgestattet ist, -
17 eine Seitenansicht des Einstellorgans der16 ist, -
18 eine Schnittansicht gemäß der Linie XVIII-XVIII der17 ist, -
19 bis22 andere Schnittansichten, die jeweils den5 bis8 entsprechen, eines Steuerventils sind, das mit einem Einstellorgan gemäß den16 bis18 ausgestattet ist, -
23 bis30 verschiedene Ansichten, die jeweils zu den1 bis9 analog sind, eines Steuerventils gemäß einer anderen Ausführungsform, sind, -
31 eine perspektivische Ansicht eines Einstellorgans ist, das mit einem Schlitzring ausgestattet ist, -
32 eine Seitenansicht ist, die der31 entspricht, -
33 eine Schnittansicht gemäß der Linie XXXIII-XXXIII der32 ist, -
34 jedes Mal drei unterschiedliche Schnittansichten des Ventils für Winkelpositionen des Einstellorgans nummeriert von 1 bis 21 zeigt, die in Inkrementen von 15° in dem Uhrzeigersinn aufeinanderfolgen, -
35 einen Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors eines Automobils darstellt, der mit einem erfindungsgemäßen Steuer- oder Regulierventil ausgestattet ist, -
36 eine perspektivische Ansicht eines Steuerventils des Dreiwegetyps gemäß einer anderen Ausführungsform ist, -
37 eine Seitenansicht des Ventils der36 ist, -
38 ,39 und40 radiale Schnittansichten des Ventils der36 und37 sind, die jeweils durch die Achsen der drei Ausgangsrohrstutzen verlaufen, -
41 ,42 und43 jeweils Schnittansichten gemäß den Linien XLI-XLI, XLII-XLII und XLIII-XLIII der37 sind, -
44 eine Seitenansicht des Einstellorgans des Ventils der36 bis43 ist, -
45 eine perspektivische Ansicht des Einstellorgans der44 ist, -
46 und47 analoge Ansichten zu den44 und45 sind, wobei das Einstellorgan mit einem Schlitzring ausgestattet ist, -
48 jedes Mal drei unterschiedliche Schnittansichten des Ventils der36 bis43 für Winkelpositionen des Einstellorgans nummeriert von 1 bis 36 zeigt, die in Inkrementen von 10° in den Uhrzeigersinn aufeinanderfolgen, -
49 und50 ein Steuerventil mit eingebauten Fühlern zeigen, und -
51 ein Antriebsrad darstellt, das kreisförmige Pisten mit elektrischem Kontakt aufweist. - Es wird zuerst auf die
1 bis8 Bezug genommen, die ein Steuerventil gemäß einer ersten Ausführungsform zeigen. Dieses Steuerventil weist einen zylindrischen Körper12 auf, der von einer Bodenwand14 und von einer zylindrischen Seitenwand16 mit der Achse XX begrenzt wird. In die Bodenwand14 mündet axial ein Fluideingangsrohrstutzen18 . In die zylindrische Seitenwand16 münden drei Fluidausgangsrohrstutzen20 ,22 und24 . Diese drei Ausgangsrohrstutzen münden in axialen Höhen und Winkelpositionen, die in Bezug auf die Rotationsachse XX ausgewählt werden. Bei dem Beispiel münden die Ausgangsrohrstutzen20 ,22 und24 radial in die Seitenwand16 . Die Rohrstutzen20 und24 sind diametral entgegengesetzt, während der Rohrstutzen22 einen 90°-Winkel in Bezug auf die gemeinsame Achse der Ausgangsrohrstutzen20 und24 bildet. Ferner haben die Ausgangsrohrstutzen20 ,22 und24 nacheinander sinkende Durchmesser. - Im Inneren des Ventilkörpers
12 ist ein Einstellorgan26 untergebracht, auch drehendes Organ genannt, das in Form eines massiven zylindrischen Elements ausgeführt ist, das aus Kunststoff sein kann. Der Durchmesser des zylindrischen Elements entspricht im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Ventilkörpers. Das Einstellorgan26 ist durch einen Schaft28 verlängert, der gemäß der Achse XX ausgerichtet ist. Dieser Schaft28 läuft durch eine zentrale Öffnung, die einen Deckel30 in kreisförmiger Form aufweist, der auf einen Kragen32 des Ventilkörpers über vier Befestigungsschrauben34 geschraubt ist, wobei eine Dichtung (nicht dargestellt) eingefügt ist. Das Einstellorgan26 kann in Drehung um die Achse XX von Antriebsmitteln36 angetrieben werden, die schematisch in1 dargestellt sind. Diese Antriebsmittel können zum Beispiel aus einem Motor des Typs Schrittmotor bestehen, der das Einstellorgan26 in eine Vielzahl verschiedener Positionen bringen kann, entweder durch aufeinander folgende Inkremente oder kontinuierlich. - Das Einstellorgan
26 weist ein abgestumpftes Ende38 auf, das zu der Seite der Bodenwand14 gewandt ist (wie besser in5 sichtbar). In dem Beispiel ist dieses abgestumpfte Ende durch eine im Allgemeinen ebene Fläche40 ausgebildet, die mit der Rotationsachse XX einen ausgewählten Winkel bildet, der in dem Beispiel bei 45° liegt. - Derart erlaubt es das Einstellorgan
26 die Fluidausgänge20 ,22 und24 mit einem Gesetz zu steuern, das in Abhängigkeit von der Winkelposition des Organs in dem Ventilkörper definiert ist. - In der in den
5 bis8 dargestellten Position kann das Fluid, das durch den Eingangsrohrstutzen18 ankommt, nur durch den Ausgangsrohrstutzen24 austreten, wobei die anderen Ausgangsrohrstutzen20 und22 geschlossen sind. - Indem die Winkelposition des Einstellorgans anschließend geändert wird, kann man den Fluiddurchfluss durch die verschiedenen Ausgangsrohrstutzen
20 ,22 und24 stufenlos anpassen. - Die Position des Einstellorgans
26 wird mittels eines Positionsfühlers331 gesteuert, der zum Beispiel auf dem Antriebsrad33 des Getriebes3 der Antriebsmittel36 (51 ) angeordnet ist. Dieser Fühler331 kann ein Potentiometer mit kreisförmiger Berührungspiste sein, das direkt auf dem Antriebsrad33 befestigt ist. - Das in den
9 bis11 dargestellte Einstellorgan26 ist dem der vorhergehenden Ausführungsform ähnlich, mit der Ausnahme, dass das abgestumpfte Ende38 einen Kanal42 mit ausgewählter Form aufweist, der hier im Wesentlichen eine Kreisbogenform hat, die um die Achse XX zentriert ist. - Dieser Kreisbogenkanal erstreckt sich im Wesentlichen über 90°, wie in den
12 bis15 sichtbar, die jeweils den5 bis8 der vorhergehenden Ausführungsform entsprechen. - Die Gegenwart dieses Kanals erlaubt es, ein stufenloses Öffnen des Ventils auf zwei Wegen dieses Letzteren durchzuführen, nämlich auf den Ausgangsrohrstutzen
22 und24 . - Die Position des Einstellorgans
26 der12 bis15 entspricht der des Einstellorgans26 der5 bis8 . Die Gegenwart dieses Kanals bewirkt jedoch, dass ein kleiner Fluiddurchfluss durch den Ausgangsrohrstutzen22 austreten kann, während dieser Ausgangsrohrstutzen in dem Fall der vorhergehenden Ausführungsform komplett geschlossen ist. Der Ausgangsrohrstutzen20 hingegen ist auch hier von dem Einstellorgan26 verschlossen. - Nun wird auf die
16 bis18 Bezug genommen, die ein analoges Einstellorgan26 zu dem der Ausführungsform der1 bis8 zeigen. Der Hauptunterschied liegt in der Tatsache, dass dieses Organ hier mit einer Dichtkufe44 in zylindrischer Form versehen ist, die in einer Aufnahme46 aufgenommen ist, die an der Peripherie des drehenden Organs eingerichtet ist und von einer Feder48 beansprucht wird. Diese Dichtkufe erlaubt es, eine Abdichtung auf der kritischsten Ebene des Kreislaufs sicherzustellen. Die Gegenwart der Feder erlaubt es, die Dehnungsvariationen der Werkstoffe aufgrund der Temperaturschwankungen des Fluids, das das Ventil durchquert, auszugleichen. - In den
19 bis22 , die jeweils den5 bis8 entsprechen, gewährleistet die Dichtkufe44 in der dargestellten Stellung die Abdichtung mit dem Rohrstutzen20 . - Es wird nun auf die
23 bis30 Bezug genommen, die jeweils den1 bis8 ähnlich sind, wobei das Einstellorgan26 hier mit einer Dichtkufe44 wie bei der vorhergehenden Ausführungsform versehen ist. Der Hauptunterschied liegt hier in der Tatsache, dass die Rohrstutzen20 und24 tangential in den Ventilkörper12 münden, während der Rohrstutzen22 radial in Letzteren mündet. - Es wird nun auf die
31 bis33 Bezug genommen, die ein analoges Einstellorgan zu dem der1 bis8 darstellen. Das Einstellorgan ist hier mit einem Schlitzring50 abgedeckt, der einen Schlitz52 aufweist, um einen Durchgang für einen Dorn54 zu lassen, der radial vorstehend auf dem Einstellorgan ausgebildet ist. Daraus ergibt sich, dass dieser Schlitzring in Drehung fest mit dem Einstellorgan26 verbunden ist. Der Schlitzring50 besteht aus einem Werkstoff mit geringem Reibungskoeffizienten, zum Beispiel aus Teflon® (Polytetrafluoräthylen), aus PPA oder aus PPS, mit oder ohne Oberflächenbeschichtung. - Ferner weist dieser Schlitzring einen Außendurchmesser auf, der leicht größer ist als der Innendurchmesser des Ventilkörpers vor der Montage, und einen Innendurchmesser, der leicht größer ist als der Durchmesser des Einstellorgans nach der Montage. Das erlaubt es, einen dichten Kontakt des Schlitzrings auf dem Körper zu garantieren, ohne ein zu hohes Moment zu bewirken.
- Es wird nun auf die
34 Bezug genommen, die verschiedene aufeinander folgende Positionen des Einstellorgans, von 1 bis 21 nummeriert, jedes Mal jeweils auf der Ebene der drei Ausgangsrohrstutzen20 ,22 und24 zeigt. Bei diesem Beispiel werden die Positionen durch aufeinander folgende Drehungen um 15° in den Uhrzeigersinn des Einstellorgans im Inneren des Ventilkörpers erzielt. Man stellt daher fest, dass die verschiedenen Ausgangsrohrstutzen mit einem definierten Gesetz und stufenlos geöffnet und geschlossen werden können. - Diese verschiedenen Positionen werden durch die Antriebsmittel
36 erzielt, die von einer entsprechenden Steuerschaltung gesteuert werden. - Es wird nun auf
35 Bezug genommen, die einen Kreislauf60 zum Kühlen eines Verbrennungsmotors62 eines Automobils darstellt. Der Kreislauf60 wird von einem Kühlmittel durchlaufen, typisch Wasser mit einem Frostschutzmittel, das unter der Einwirkung einer Umwälzpumpe78 zirkuliert. Das Fluid wird von dem Motor erhitzt, verlässt Letzteren durch einen Ausgang64 , der mit dem Eingangsrohrstutzen18 eines Steuerventils10 des oben beschriebenen Typs verbunden ist. Dieses Ventil umfasst drei Ausgangsrohrstutzen20 ,22 und24 , die mit drei Zweigen des Kreislaufs verbunden sind. Dieser Kreislauf weist einen ersten Zweig66 auf, der einen Kühler68 und ein Expansionsgefäß70 aufweist, einen Zweig72 , der eine Abzweigung des Kühlers68 bildet, und einen Zweig74 , der einen Heißlufterzeuger76 aufweist, der zum Erhitzen des Fahrgastraums des Fahrzeugs dient. Der Rohrstutzen20 ist mit dem Zweig66 (Kühler) verbunden, der Rohrstutzen22 mit dem Zweig74 (Heißlufterzeuger) und der Rohrstutzen24 mit dem Zweig72 (Abzweigung). - Das Ventil erlaubt es daher, die Fluiddurchflüsse in den oben genannten Zweigen unabhängig zu verwalten, um die Temperatur des Verbrennungsmotors und die Heizung des Fahrgastraums zu optimieren.
- Insbesondere erlaubt es beim Kaltstarten des Motors das Zirkulieren des Fluids in dem Abzweigzweig
72 , ohne über den Kühler68 zu laufen. Während dieser Startphase ist es auch möglich, einen Teil oder den ganzen Fluiddurchfluss in dem Heißlufterzeuger76 durchlaufen zu lassen, wenn eine Heizung erwünscht ist. - Wenn die Temperatur des Fluids einen gegebenen Schwellenwert erreicht oder überschritten hat, läuft das Fluid durch den Kühler
68 und umgeht die Abzweigung72 . Ferner kann, je nach dem, ob eine Heizung gewünscht wird oder nicht, ein Teil des Fluids durch den Heißlufterzeuger76 laufen oder nicht. - Das Steuerventil der
36 bis47 und gemäß der Erfindung ist ähnlich denen, die zuvor beschrieben wurden, wobei die gemeinsamen Elemente die gleichen Bezugszeichen tragen. - Die Ausgangsrohrstutzen
20 und22 bilden untereinander einen Winkel in der Nähe von 90°, während sich der Ausgangsrohrstutzen24 zwischen den Rohrstutzen20 und22 erstreckt. Ferner besitzt der Ausgangsrohrstutzen24 , der dem Deckel30 am nächsten liegt, einen größeren Durchmesser als der der vorhergehenden Ausführungsformen. Daher müsste normalerweise der Durchmesser des Ventilkörpers erhöht werden. Um das zu vermeiden, weist das Einstellorgan26 dem abgestumpften Ende38 entgegengesetzt zwei Abschnitte zylindrischer Wand78 und80 auf, die einander im Wesentlichen diametral entgegengesetzt sind, um den Ausgangsrohrstutzen24 zu steuern. - Diese zwei Wandabschnitte
78 und80 verlängern das Einstellorgan26 in die Richtung, die der des abgestumpften Endes38 entgegengesetzt ist, und sie sind in der Form von zwei Werkstoffschirmen ausgeführt, die sich in Entfernung von dem Schaft28 des Einstellorgans erstrecken. Man sieht insbesondere in den39 bis41 , wie es diese zwei Wandabschnitte erlauben, den Zugang zu dem Ausgangsrohrstutzen24 in Abhängigkeit von der Winkelposition des Einstellorgans zu schließen oder zu öffnen. - Bei dieser Ausführungsform weist das Einstellorgan
26 eine periphere Region82 auf, die mit kreisförmigen Rillen84 versehen ist (siehe insbesondere44 und45 ). Wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen erhält das Einstellorgan26 einen Schlitzring50 . Letzterer deckt gleichzeitig die periphere Region82 und die zwei Wandabschnitte78 und80 ab. Die Aufgabe dieser kreisförmigen Rillen84 besteht darin, den Schlitzring50 gegen die Innenwand des Ventilkörpers durch Druckunterschied anzudrücken, was es erlaubt, beim Betrieb eine gute Abdichtung sicherzustellen. - Das Ventil der
36 bis47 hat in dem Kreislauf des Typs, der in35 dargestellt ist, eine besondere Verwendung. In diesem Fall ist der Ausgangsrohrstutzen20 mit dem Zweig66 (Kühler) verbunden, der Ausgangsrohrstutzen22 mit dem Zweig74 (Heißlufterzeuger), und der Rohrstutzen24 mit dem Zweig72 (Abzweigung). - Es wird nun auf
48 Bezug genommen, die verschiedene aufeinander folgende Positionen des Einstellorgans von 1 bis 36 nummeriert jeweils auf der Ebene der drei Ausgangsrohrstutzen20 ,22 und24 zeigt. In dem Beispiel werden die Positionen durch aufeinander folgende Drehungen um 10 Grad in den Uhrzeigersinn des Einstellorgans im Inneren des Ventilkörpers erzielt. Man stellt daher fest, dass die verschiedenen Ausgangsrohrstutzen mit einem definierten Gesetz und stufenlos geöffnet oder geschlossen werden können. - Unter Bezugnahme auf die
49 und50 ist es möglich, Fühler in das Steuerventil einzubauen. Das Steuerventil erlaubt es nämlich, Fühler direkt in das Einstellorgan26 in Drehung um die Achse XX einzubauen. Man kann in das Einstellorgan26 beliebige Fühler einsetzen, die Werte in Zusammenhang mit dem Kühlkreislauf des Motors messen können, zum Beispiel: - – einen Temperaturfühler der Kühlflüssigkeit,
- – einen Temperaturfühler eines gefährdeten Bauteils auf dem Stellglied des Ventils,
- – einen Druckfühler des Kühlkreislaufs, um jedes Überhitzen des Motors vorwegzunehmen und einen Schadbetrieb für das Ventil, den Ventilator und die Pumpe, und dann bei Bedarf für den Motor auszulösen,
- – einen Fühler der Gegenwart von Luft in der Kühlflüssigkeit usw.
-
49 stellt das Einbauen der Fühler in ein Einstellorgan mit abgestumpften Ende38 dar. Ein Temperaturfühler der Kühlflüssigkeit5 und ein Fühler13 der Gegenwart von Luft in der Kühlflüssigkeit sind in das Einstellorgan26 eingebaut. Diese Fühler bestehen aus zwei Elektroden. Ein zylindrischer Kanal7 ist in dem Einstellorgan26 ausgehöhlt, um die Fühler13 und5 aufzunehmen. - Der zylindrische Kanal
7 umfasst ein Ende aus Messing51 , das mit der Kühlflüssigkeit ungeachtet der Position des Einstellorgans in Berührung ist. Der Temperaturfühler5 ist in den zylindrischen Kanal so eingeführt, dass sein unteres Ende in dem Ende aus Messing aufgenommen ist. Der Temperaturfühler kann daher die Temperatur der Kühlflüssigkeit auch dann messen, wenn das Einstellorgan in Drehung um die Achse XX ist. - Es gibt mehrere Ausführungsvarianten, um die Fühler einzubauen. Das Einstellorgan ist ausgebildet, um die Fühler aufnehmen zu können, wobei insbesondere die Beschaffenheit des Fühlers und seine Form berücksichtigt werden. Das Einbauen der Fühler
5 und13 ist beispielhaft aber nicht einschränkend dargestellt. Andere Einbauformen sind möglich. - Der Fühler der Gegenwart von Luft in der Kühlflüssigkeit
13 weist zum Beispiel einen ersten Teil auf, der in den zylindrischen Kanal eingefügt ist, während sein unteres Ende das Einstellorgan26 bis zu seinem abgestumpften Ende28 außerhalb des zylindrischen Kanals durchquert, um mit der Kühlflüssigkeit in Berührung zu sein. - Bei allen Ausführungsformen durchqueren die unteren Enden der Fühler das untere Ende des Einstellorgans
26 , das zu der Bodenwand14 gewandt ist. Derart kann der Fühler13 auch unabhängig von der Winkelposition des Einstellorgans mit der Kühlflüssigkeit in Berührung sein. Er kann daher Werte in Zusammenhang mit der Gegenwart von Luft in der Kühlflüssigkeit messen. - Die von den Fühlern gemessenen Werte werden danach zum Äußeren des Ventils zu einer Verarbeitung übertragen, die die Überwachung des Kühlkreislaufs und die Diagnose der eventuellen Funktionsstörungen gewährleisten soll.
- Es wird nun auf
50 Bezug genommen, die eine Draufsicht des in49 dargestellten Ventils ist. In dieser Figur weist das Antriebsrad33 des Getriebes3 kreisförmige Pisten17 auf. Die kreisförmigen Pisten sind daher ebenfalls beweglich. Als Variante können die kreisförmigen Pisten auf einem anderen beweglichen Teil des Ventils getrennt von dem Antriebsrad eingerichtet werden, zum Beispiel auf einer Leiterplatte, die parallel zu dem Antriebsrad installiert wird. - Vorteilhafterweise sind die oberen Enden der Fühler mit diesen kreisförmigen Pisten durch elektrischen Kontakt verbunden, um die relative Bewegung des Einstellorgans in Bezug auf den Ventilkörper
12 zu erlauben und die Torsion der Leiter zu vermeiden. Diese Verbindung erlaubt es den Fühlern, die gemessenen Werte an die kreisförmigen Pisten zu übertragen. - Die kreisförmigen Pisten sind mit Steckverbindungen des Typs Bürste
19 verbunden, die auf einem stationären Teil des Ventils angeordnet sind, zum Beispiel auf der Leiterplatte, die den Mikroprozessor39 aufnimmt, der das Ventil steuert, oder auf dem Schutzgehäuse8 der äußeren Bauteile des Ventils, wie zum Beispiel auf dem Getriebe3 oder auf dem Antriebsrad33 . Die Steckverbindungen übertragen die von den kreisförmigen Pisten empfangenen Daten zu einem einzigen Stecker37 . Aufgrund der Gruppierung der oberen Enden der Fühler ist es daher nicht mehr nötig, zahlreiche Stecker zu verwenden, um die Messwerte zu dem Mikroprozessor und/oder zu dem Rechner zu leiten. - Der Stecker
37 überträgt daher die Informationen in Zusammenhang mit den Werten, die von den Fühlern gemessen werden, an den Mikroprozessor, der das Ventil steuert (Versorgung, Steuersignal und Diagnose) und/oder an den Rechner des Fahrzeugs, indem diesem die Daten geliefert werden, die für die Kartographie des Motors erforderlich sind, wie zum Beispiel die Temperatur der Flüssigkeit. - Als Variante kann man auswählen, die kreisförmigen Pisten
17 auf einem der stationären Teile des Ventils und die Steckverbindungen19 auf einem der beweglichen Teile des Ventils anzuordnen. - Ferner können die kreisförmigen Pisten durch andere Datenübertragungsmittel ersetzt werden, die Daten von den oberen Enden der Fühler zu dem Stecker übertragen können, wie zum Beispiel berührungslose Fühler, insbesondere mit Halleffekt, optisch oder magnetoresistiv.
- Das Einbauen der Fühler in das Innere des Ventils gemäß der Erfindung erlaubt es, das Funktionieren des Kühlkreiskaufs zu überwachen und gegebenenfalls Pannen zu diagnostizieren. Im Schadbetrieb erlaubt es ferner das Anpassen des Betriebs des Ventils. Das Ventil kann daher allein die Temperatur des Motors regulieren und alle Pannen von Stellgliedern (Ventilator, Pumpe, Ventil, Flüssigkeitsleck usw.) vor dem Überhitzen des Motors beim Rechner diagnostizieren.
- Das Einbauen der Fühler in das erfindungsgemäße Steuerventil garantiert eine bessere Verhütung und Sicherheit des Betriebs des Motors. Sie erlaubt ferner das Verringern der Anzahl der Teile und der Kosten der Regulierfunktion des Kühlkreislaufs.
Claims (30)
- Steuerventil für einen Fluidzirkulationskreislauf, umfassend: – einen Körper (
12 ), der mit mindestens einem Fluideingang (18 ) und mit mindestens zwei Fluidausgängen (20 ,22 ,24 ) versehen ist und eine Aufnahme für ein Einstellorgan (26 ) abgrenzt, das um eine Rotationsachse (XX) drehen und verschiedene Winkelstellungen einnehmen kann, um die Verteilung des Fluids durch die Ausgänge zu steuern, wobei der Körper (12 ) eine Seitenwand (16 ) umfasst, in welche die Fluidausgänge (20 ,22 ,24 ) in axialen Höhen und in Winkelpositionen münden, die in Bezug auf die Rotationsachse (XX) ausgewählt sind, und – wobei das Einstellorgan ein abgestumpftes Ende (38 ) umfasst, das zu der Bodenwand (14 ) des Körpers (12 ) gewandt ist, wobei das abgestumpfte Ende einen geformten Teil des Einstellorgans definiert, um die Steuerung der Fluidausgänge mit einem Gesetz zu bewirken, das in Abhängigkeit von der Winkelposition des in dem Ventilkörper (12 ) drehenden Organs definiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (12 ) eine Bodenwand (14 ) umfasst, in welche der Fluideingang (18 ) mündet, und dass – das Einstellorgan (26 ) dem abgestumpften Ende (38 ) entgegengesetzt zwei Abschnitte von einer zylindrischen Wand (78 ,80 ) umfasst, die im Wesentlichen diametral entgegengesetzt sind, um den einen (24 ) der Fluidausgänge zu steuern. - Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (
12 ) eine zylindrische Aufnahme für das Einstellorgan (26 ) abgrenzt, dass die Seitenwand (16 ) eine zylindrische Wand ist, und dass das abgestumpfte Ende (38 ) eine im Allgemeinen ebene Seite (40 ) umfasst, die mit der Rotationsachse (XX) einen ausgewählten Winkel (A) bildet. - Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgewählte Winkel in der Nähe von 45 Grad liegt.
- Steuerventil nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Fluidausgänge (
20 ,22 ,24 ) ein radialer Rohrstutzen ist. - Steuerventil nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Fluidausgänge (
20 ,22 ,24 ) ein tangentialer Rohrstutzen ist. - Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es drei Fluidausgänge (
20 ,22 ,24 ) umfasst. - Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellorgan (
26 ) mit einem Schlitzring (50 ) bedeckt ist, der in Drehung fest mit einem vorstehenden Dorn (54 ) verbunden ist, den das Einstellorgan umfasst. - Steuerventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitzring (
50 ) aus einem Werkstoff mit geringem Reibungskoeffizienten besteht. - Steuerventil nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitzring (
50 ) einen Außendurchmesser leicht größer als der Innendurchmesser des Ventilkörpers (12 ) vor der Montage und einen Innendurchmesser leicht größer als der Durchmesser des Einstellorgans (26 ) nach der Montage aufweist. - Steuerventil nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitzring (
50 ) eine Region (82 ) des Einstellorgans, die mit kreisförmigen Rillen (84 ) versehen ist, abdeckt. - Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das abgestumpfte Ende (
38 ) des Einstellorgans (26 ) einen Kanal (42 ) umfasst, der eine ausgewählte Form, vorteilhafterweise im Kreisbogen hat. - Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellorgan (
26 ) mit einer Dichtkufe (44 ) versehen ist. - Steuerventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkufe (
44 ) auf eine Feder (48 ) montiert ist. - Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es Antriebsmittel (
36 ) umfasst, die das Einstellorgan (26 ) mit einem Antriebsrad (33 ), das zu einem Untersetzungsgetriebe (3 ) gehört, antreiben können, um es in Bezug auf den Ventilkörper (12 ) ausgewählten Winkelpositionen zu bringen. - Steuerventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil einen Mikroprozessor (
39 ) zum Steuern der Antriebsmittel (36 ) umfasst. - Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellorgan (
26 ) mindestens einen internen Fühler (5 ,13 ) zum Messen der Werte in Zusammenhang mit dem Betrieb des Fluidzirkulationskreislaufs umfasst. - Steuerventil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die internen Fühler Fühler (
13 ) zum Feststellen der Präsenz von Luft in dem Kreislauf sind. - Steuerventil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellorgan (
26 ) einen ausgehöhlten Kanal (7 ) umfasst, der sich über die ganze Länge des Einstellorgans (26 ) zur Aufnahme der Fühler (5 ,13 ) erstreckt. - Steuerventil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Ende der Fühler (
5 ,13 ) das untere Ende des Einstellorgans (26 ), das zu der Bodenwand (14 ) gekehrt ist, an einer ausgewählten Stelle durchquert, um mit dem Fluid in Kontakt zu sein und Messungen durchzuführen. - Steuerventil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Fühler Temperaturfühler (
5 ) sind, und dass der ausgehöhlte Kanal ein unteres Ende aus Messing in Berührung mit dem Fluid umfasst, um darin das erste Ende der Fühler (5 ) aufzunehmen. - Steuerventil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende der Fühler (
5 ,13 ) das obere Ende des Ventils (28 ) nach außen durchquert, um die von den Fühlern gemessenen Werte zu übertragen. - Steuerventil nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende der Fühler mit Datenübertragungsmitteln verbunden ist, um die von den Fühlern gemessenen Werte an den Mikroprozessor (
39 ) und/oder an einen Rechner zu übertragen. - Steuerventil nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragungsmittel kreisförmige Pisten (
17 ) mit elektrischem Kontakt umfassen. - Steuerventil nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragungsmittel Stecker umfassen, die mit den kreisförmigen Pisten (
17 ) verbunden sind, um die von den Fühlern kommenden Werte zu übertragen. - Steuerventil nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass sich die kreisförmigen Pisten (
17 ) auf einem beweglichen Teil des Ventils befinden, und dass sich die Stecker auf einem stationären Teil des Ventils befinden. - Steuerventil nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass sich die kreisförmigen Pisten (
17 ) auf einem stationären Teil des Ventils befinden, und dass sich die Stecker auf einem beweglichen Teil des Ventils befinden. - Steuerventil nach einem der Ansprüche 25 und 26 kombiniert mit Anspruch 14 genommen, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Teil des Ventils das Antriebsrad (
33 ) der Antriebsmittel (36 ) ist. - Steuerventil nach Anspruch 22, kombiniert mit Anspruch 15 genommen, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Stecker umfasst, der mit den Datenübertragungsmitteln des Ventils verbunden ist, um die Messwerte an den Mikroprozessor (
39 ) und/oder an den Rechner zu übertragen. - Fluidzirkulationskreislauf, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 28 umfasst, dessen Fluideingang (
18 ) mit einer Fluidquelle (64 ) verbunden ist, und dessen Fluidausgänge (20 ,22 ,24 ) jeweils mit Zweigen (66 ,72 ,74 ) des Kreislaufs verbunden sind. - Fluidzirkulationskreislauf nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass er in Form eines Kühlkreises (
60 ) eines Verbrennungsmotors (62 ) eines Automobils ausgeführt ist, der von einem Kühlfluid unter Einwirkung einer Umwälzpumpe (78 ) durchlaufen wird, und dass das Steuerventil (10 ) ein Dreiwegeventil ist, dessen Fluideingang (18 ) mit einem Kühlmitteleinlass (64 ), der von dem Motor (62 ) kommt, verbunden ist, und dessen drei Fluidausgänge (20 ,22 ,24 ) jeweils einer mit einem ersten Zweig (66 ) des Kreislaufs, der einen Kühler (68 ) enthält, einer mit einem zweiten Zweig (72 ) des Kreislaufs, der eine Abzweigung des Kühlers (68 ) bildet, einer mit einem dritten Zweig (74 ) des Kreislaufs, der einen Heißlufterzeuger (76 ) zum Erhitzen des Fahrgastraums enthält, verbunden ist.
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