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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kreislauf zur Kühlung einer
Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs durch eine Flüssigkeit, wie
Wasser.
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Man kennt solche Kreisläufe, die im allgemeinen eine Pumpe zur
Speisung des Motors mit Kühlmittel aufweisen, welche einen mit dem
Motor verbundenen Auslaß und einen Einlaß hat, der einerseits mit
einem Kühler zur Kühlung der Flüssigkeit durch eine Leitung verbunden
ist, deren unterstromiges Ende einen Thermostat mit Ventil aufweist,
dessen Öffnen dann stattfindet, wenn die Temperatur des
strömungsfähigen Mittels einen vorbestimmten höheren Schwellenwert
erreicht und andererseits mit einem Ausdehnungsgefäß durch eine
andere ein Ventilglied aufweisende Leitung verbunden ist, dessen
Öffnung die Strömung des fließfähigen Mittels nur in der Richtung
vom Ausdehnungsgefäß zur Pumpe hin gewährleistet.
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Die Schließstellung des Ventils des Thermostats gestattet es, wenn
der Motor kalt ist, einen Teil des Kreislaufes außer Betrieb zu
setzen, insbesondere den den Umlauf des Kühlmittels betreffenden
Teil, welches aus dem Zylinderkopf des Motors ausfließt und zur
Pumpe hin durch den Kühler hindurchfließt, um die
Temperaturanstiege der Flüssigkeit in dem Motor und in der für die
Heizung des Passagierraumes des Fahrzeugs verwendeten
Tauschvorrichtung (aerotherm) zu beschleunigen. Somit werden die
Heizleistungen in dem Passagierrraum des Fahrzeugs insbesondere bei
kaltem Wasser, bei niedrigen Geschwindigkeiten und Belastungen des
Motors verbessert.
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Wenn jedoch die Außerbetriebsetzung mittels des Thermostats
stromaufwärts der Pumpe des vorgenannten Teiles des Kreislaufes die
Aufgabe des schnellen Temperaturanstiegs der aus dem Zylinderkopf
austretenden Flüssigkeit zur schnellen Heizung des Passagierraumes
des Fahrzeuges löst, erzeugt sie am Einlaß der Pumpe einen
Unterdruck, der eine Kavitation der Flüssigkeit vor allem in dem Fall
von Motoren mit bedeutenden inneren Durchsatzleistungen, wie der
modernen dieser Motoren verursachen kann. Diese Kavitation beschädigt
rasch die Teile, wo sie stattfindet.
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EP-A-01 57
167 beschreibt einen Kühlkreislauf mit den in dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
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Gegenüber dem hieroben angeführten älteren Dokument schlägt die
vorliegende Erfindung einen Kühlkreislauf 4 vor, gemäß welchem der
Thermostat und das Ventilglied eine gedrängte also wenig sperrige
Einheit bildet.
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Zu diesem Zweck ist das Ventilglied am unterstromigen Ende der
Leitung angeordnet, zusammen mit der auf den Schwellenwert geeichten
vorgespannten Feder in einem in dem Körper des Thermostats
eingegliederten Körper derart untergebracht, daß die Feder zum
Halten des Gliedes mit der Feder zum Halten des Ventils parallel ist,
in einer in einem Wulst des unterstromigen Endes der den Kühler mit
der Pumpe verbindenden Leitung ausgebildeten ringförmigen Kammer
gelegen ist und als die Haltefeder koaxial umgebenden Flachring
gestaltet ist, wobei der Dichtungssitz des Ventilgliedes und der
Dichtungssitz des Thermostatsventils in dem Körper des Thermostats
ausgebildet sind.
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Die Erfindung wird besser verstanden werden und weitere Ziele,
Einzelheiten und Vorteile derselben werden deutlicher im Laufe der
erläuternden Beschreibung, die folgt mit Bezug auf die nur
beispielsweise gegebenen, mehrere Ausführungsformen der Erfindung
veranschaulichenden beigefügten schematischen Zeichnungen erscheinen
und in welchen:
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Fig. 1 einen Flüssigkeitskreislauf zur Kühlung einer
Brennkraftmaschine und zur Heizung des Passagierraumes des diesen
Motor aufweisenden Fahrzeugs darstellt;
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Die Fig. 2 und 3 jeweils zwei mögliche Stellen des Ventilgliedes
zur Begrenzung des Unterdrucks am Einlaß der Pumpe des Kreislaufes
der Fig. 1 schematisch darstellen;
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Fig. 4 eine Ausführungsform mit Einzelheiten der auf Fig. 2
dargestellten Anordnung im Schnitt darstellt;
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Fig. 5 eine Ansicht gemäß dem Fall V der Fig. 4 eines
Bestandteiles der Anordnung ist;
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Fig. 6 den Verlauf der Drücke am Einlaß und Auslaß der Pumpe in
Abhängigkeit der Durchsatzleistung der Flüssigkeit darstellt.
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Bezugnehmend auf Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine
Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem (nicht
dargestellten) Zylinderblock mit, auf diesem, einen Zylinderkopf 2
mit Auslaßanschlußstutzen 3. Eine Leitung 4 verbindet einen Auslaß
des Zylinderkopfes 2 mit dem Einlaß eines Kühlers 5 zur Kühlung
einer Flüssigkeit des Motors. Der Auslaß des Kühlers 5 ist mit einem
Einlaßstutzen 6a einer Pumpe 6 über eine Leitung 7 verbunden, wobei
der Auslaß der Pumpe 6 mit dem Zylinderblock des Motors 1 über eine
Leitung 8 verbunden ist, um Flüssigkeit zur Kühlung des Motors
einzuspritzen. Eine ständige Abzweig- bzw. Umleitung 9 verbindet einen
Auslaß des Zylinderkopfes 2 mit der Pumpe 6. Eine Leitung 10
verbindet den Auslaß des Zylinderkopfes 2 mit dem Einlaß einer
Wärmetauschvorrichtung (Aerotherm) 11 zur Heizung des Passagierraumes
des Fahrzeugs und deren Auslaß mit einer an die Leitung 9 in
Flüssigkeitsverbindung anschließenden Leitung 12 verbunden ist. Eine
Luft-Motoröl-Tauschervorrichtung 13 ist an den Auslaß des
Zylinderkopfes 2 durch eine Leitung 14 angeschlossen und ihre Auslaß
ist in Flüssigkeitsverbindung an die Leitung 7 durch eine Leitung 15
angeschlossen. Ein Ausdehnungsgefäß 16 ist durch die Leitung 17 an
den Auslaß des Zylinderkopfes 2 angeschlossen und sein Auslaß ist
mit dem Einlaßstutzen 6a der Pumpe 6 durch eine Leitung 18
verbunden.
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In dem Bereich des Anschlusses des unterstromigen Endes der Leitung 7
an den Einlaß des Stutzens 6a der Pumpe ist eine
Thermostatvorrichtung 19 angeordnet, die den Durchfluß der
Flüssigkeit in der Leitung 7 zum Stutzen 6a hin bei Temperaturwerten
der Flüssigkeiten in der Leitung 7 niedriger als ein vorbestimmter Wert
zum Beispiel von 80ºC sperrt.
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Da die verschiedenen Elemente des hier oben beschriebenen Kreislaufes
der Fig. 1 vom Standpunkt des Aufbaues sowie der Arbeitsweise
bereits bekannt sind, sind sie nicht in mehr Einzelheiten zu
beschreiben.
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Die Leitung 18 weist an einem oberstromigen oder unterstromigen Ende
ihrer Enden ein Ventilglied auf, dessen Öffnungsstellung die
Strömung der Flüssigkeit nur in der Richtung vom Ausdehnungsgefäß 18
zu der Pumpe 6 hin gestattet.
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Wie auf Fig. 2 und 3 dargestellt, ist das Ventilglied 20 in einem
unterstromigen Endteil der Leitung 18 angeordnet, welcher
vorzugsweise, wenn das Ventilglied 20 offen ist, stromaufwärts von
dem Ventil der Thermostatvorrichtung 19 mündet. Gemäß Fig. 2 liegt
die Zufuhr der aus dem Ausdehnungsgefäß 16 kommenden Flüssigkeit
stromaufwärts der Thermostatvorrichtung 19 und das Ende der Leitung
18 wird durch einen ausmündenden Teil 21 verlängert, in welchem sich
der Dichtungssitz 22 des Ventilgliedes 20 befindet, welches in
geschlossener Stellung in Anlage gegen den Sitz 22 durch eine
stromabwärts dieses Sitzes gelegene vorgespannte Feder 23 gehalten
wird, welche in dem Endabschnitt des ausmündenden Teils parallel zur
Strömungsrichtung der Flüssigkeit in dem Einlaßstutzen 6a der Pumpe
6 angeordnet ist. Gemäß Fig. 3 ist die aus dem Ausdehnungsgefäß 16
kommende Flüssigkeit stromabwärts der Thermostatvorrichtung 19
gelegen und der Endteil der Leitung 18 wird durch den ausmündenden
Teil 21 verlängert, der die Feder 23 aufweist, welche ebenfalls
parallel zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit in dem Stutzen 6a
verläuft und das Ventilglied 20 in der Schließstellung in Anlage
gegen seinen Dichtungssitz 22, der somit stromabwärts der
Thermostatvorrichtung 19 gelegen ist, hält.
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Fig. 4 stellt eine besondere Ausführungsform der der auf Fig. 2
dargestellten Anordnung entsprechenden Anordnung im Einzelnen dar.
Der unterstromige Endteil der Leitung 7 weist einen Wulst 7a auf, in
welchem der ringkammerförmige ausmündende Teil 21 ausgebildet ist,
welcher koaxial zur Längsachse des Einlaßstutzens 6a und in
Flüssigkeitsverbindung mit der Leitung 18 über eine in dem Wulst 7a
gebildete und nach außen mündende radiale Öffnung 7b angeordnet
ist, wobei das unterstromige Ende der Leitung 18 in die Öffnung 7b
eingesetzt werden kann. Die ringförmige Kammer 21 weist somit einen
kegelförmigen Teil auf, der eine innere Ringwandung 7c der Leitung 7
und eine äußere Ringwandung 7d zum Anschluß an den Stutzen 7a
abgrenzt. Am freien Ende der Ringwandung 7c ist eine
kegelstumpfförmige Öffnung gebildet, an welcher sich ein Abschnitt
des oberen kegelstumpfförmigen Teiles 24a des Körpers 24 der
Thermostatvorrichtung 19 über eine Dichtung J1 abstützt. Über dem
Teil 24a befindet sich ein oberer Endaufbau mit drei im Abstand von
120 Grad voneinander angeordneten Rippen, die in der Leitung 7 in
einen gemeinsamen, kappenförmigen, zentralen Teil 25 an welchen sie
sich anschließen, zusammenlaufen. Die obere Fläche des
kegelstumpfförmigen Teiles 24a weist drei Öffnungen 24a1 auf, die
den Durchfluß der Flüssigkeit in der Leitung 7 zu dem Einlaßstutzen
6a hin gestatten, wenn das Ventil 26 der Thermostatvorrichtung 19 von
seinem in dem kegelstumpfförmigen Teil 24a gerade stromabwärts der
Öffnungen 24a1 gebildeten Dichtungssitz abgehoben ist. Die
Thermostatvorrichtung 19 ist der an sich bekannten
Thermostatkapsel-Gattung 27 in der Gestalt eines im allgemeinen
zylindrischen koaxial mit dem Stutzen 6a angeordneten Körper, der
sich beiderseits der Anschlußebene der Leitung 7 an den Stutzen 6a
verläuft. Die Kapsel endet an ihrem oberen Teil in Bezug auf Fig. 4
durch einen Stift 27a dessen freies Ende sich an der Kappe 25
abstützt und auf welchem der Körper der Kapsel fähig ist, sich
koaxial zur Längsachse des Stutzens 6a zu verschieben. Das Ventil 26
wird durch eine koaxial zur Längsachse des Stutzens 6a als
Unterlegscheibe gestaltete und mit dem Körper der Kapsel 27 fest
verbundene Metallplatte 26a gebildet. Der kreisförmige Endteil der
Platte 26a ist in einer Dichtung 26b eingebettet, deren den dichten
Verschluß der Öffnungen 24a1 gewährleistende Außenteil
kegelstumpfförmig ist. Der Körper 24 weist eine sich an die
kegelstumpfförmige Wandung 24a über eine senkrecht zur Wandung 24c
verlaufende ringförmige flache Ebene 24d anschließende zylindrische
Wandung 24c auf. Die Wandung 24c endet mit einem in einer zwischen
der Leitung 7 und dem Stutzen 6a gelegenen ringförmigen Dichtung 28
eingebetteten ringförmigen Außenflansch 24e. Der Körper 24 umfaßt
außerdem an seinem unteren Teil drei Schenkel 24f, von denen nur
einer auf Fig. 4 dargestellt ist und die im Abstand von 120 Grad
voneinander angeordnet sind. Jeder Schenkel endet mit einem
schalenförmigen Teil 24f1 an welchem die Endwindung einer
vorgespannten Feder 29 zur Abstützung kommt, deren entgegengesetzte
Endwindung sich an der Dichtung 26b abstützt, um die Dichtung 26b in
angedrückter Anlage an dem Dichtungssitz des Ventils 26 in der
Schließstellung desselben zu halten.
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Die ringförmige Wandung 24d weist Öffnungen 24d1 für den Durchfluß
der Flüssigkeit in der Leitung 18 zum Stutzen 6a hin auf und dient
als Dichtungssitz für das flachringförmige, die Feder 29 koaxial
umgebende Ventilglied 20. Demzufolge versteht man, daß der
Dichtungssitz des Ventils 26 und der Dichtungssitz des Ventilgliedes
20 zu einem einzigen Stück hergestellt sind. Um den dichten
Verschluß der Öffnungen 24d1 zu gewährleisten, weist das
Ventilglied 20 an seiner oberen Seite eine ringförmige Dichtung 30
auf. Außerdem ist das Ventilglied 20 in einem Körper 31 angeordnet,
der im allgemeinen als zylindrischer Ring gestaltet ist, der in die
zylindrische Wandung 24c eingesetzt und mit dieser fest verbunden
ist. Der Körper 31 weist einen unteren Flansch zum Zurückhalten der
Feder 23 auf, welche somit zwischen diesem Flansch und dem
Ventilglied 20 parallel zu der Feder 29 vorgespannt angeordnet ist.
Das Ventilglied 20 ist stromabwärts des Dichtungssitzes des Ventils
26 gelegen.
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Das Arbeitsprinzip der auf Fig. 4 beschriebenen und in dem Kreislauf
der Fig. 1 verwendeten Anordnung wird nun erläutert werden.
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Beim Kaltstart des Motors ist das Ventil 25 der Thermostatvorrichtung
19 geschlossen, so daß die jeweils die Leitung 4, den Kühler 5, die
Leitung 7 und die Leitung 14, den Tauscher 13, die Leitung 15
aufweisenden Kreisläufe zum Durchfluß der Flüssigkeit außer Betrieb
sind. Bei schwachen Geschwindigkeiten bzw. schwachen Drehzahlen des
Motors findet wenig Unterdruck stromaufwärts der Pumpe 6 oder in dem
Stutzen 6a statt, das Ventilglied 20 bleibt geschlossen und der die
Leitung 17, das Ausdehnungsgefäß 16 und die Leitung 18 umfassende
Flüssigkeitskreislauf ist außer Betrieb. Dementsprechend findet ein
rascher Temperaturanstieg in dem Motor und in dem Tauscher 11 statt.
Wenn die Geschwindigkeit bzw. die Drehzahl des Motors einen
vorbestimmten Wert zum Beispiel von 2500 Umdrehungen je Minute
erreicht oder überschreitet, erreicht der Unterdruck am Einlaß der
Pumpe einen gegebenen Schwellenwert, der etwas niedrigerer als der
die Kavitation der Flüssigkeit veranlassende Unterdruck ist. Sodann
öffnet sich das Ventilglied 20, da die Feder 23 entsprechend dem
Schwellenwert geeicht ist und setzt den durch die Leitung 17, das
Ausdehnungsgefäß 16 und die Leitung 18 im Zusatz zu der ständigen
Umleitung 9 und der Kreislaufleitung 10, des Tauschers 11, der
Leitung 12 gebildeten zusätzlichen Flüssigkeitskreislauf in
Verbindung mit dem Einlaßstutzen 16a der Pumpe 6. Man erhält somit
die auf Fig. 6 gestrichelt dargestellten Einlaßdruck- und
Auslaßdruckkurven A und B der Flüssigkeit an der Pumpe 6, um die
Kavitation der Flüssigkeit zu vermeiden. Die beiden in ausgezogenen
Linien dargestellten Kurven A' und B' stellen jeweils den Einlaß- und
Auslaßdruck der Pumpe bei einer herkömmlichen Thermostatvorrichtung
dar. Man stellt somit fest, das bei einer Einlaßdurchsatzleistung d
der Flüssigkeit von 100 Liter je Minute an der Pumpe 6, die zum
Beispiel einer Drehzahl des Motors von ungefähr 2500 Umdrehungen je
Minute entspricht, das Ventilglied 20 sich bei einem Unterdruck von
ungefähr 200 Millibar öffnet und über dieser Motordrehzahl hinaus ist
der Unterdruck im wesentlichen bei diesem Wert stabilisiert (Kurve
A). Mit der herkömmlichen Thermostatvorrichtung findet die Kavitation
der Flüssigkeit bei einer Flüssigkeitsdurchsatzleistung am Einlaß
der Pumpe von ungefähr 150 Liter je Minute statt, die einer Drehzahl
von ungefähr 3000 Umdrehungen je Minute (Kurve A') entspricht.
Selbstverständlich wenn die Temperatur der Flüssigkeit in der Leitung
7 einen Schwellenwert von zum Beispiel 80ºC erreicht, senkt sich der
Körper 27 mit dem Ventil 26 und gestattet somit die Strömung der
Flüssigkeit in der Leitung 7 zum Stutzen 6a hin durch die Öffnungen
24a1.