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Temperaturregelung für den Kühlflüssigkeitskreislauf einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf Deine Temperaturregelvorri.chtung für den Kühlflüs:s.gkeitskreislauf
einer Brennkraftmasehine, insbesondere F:ahrzeugantriebsmas.chine, mit einer von
der Kühlflüssigkeit beheizten Heizvorrichtung.
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Die Wärmetauscher für eine Fahrzeugheizung, deren Heizenergie von
dar durch die Kühlflüssigkeit abgeführten Abwärme der Brennkraftmas.chi-ne geliefert
wird, sind in :der Regel unmittelbar an :den Kühlmantel der Maschine angeschlossen.
Dies hat den Nachteil, daß sich -die anlaufende Maschine infolge unmittelbarer Abgabe
eines Teiles der von ihr erzeugten Wärme. .an den Wärmetauscher verhältnismäßig
langsam erwärmt bzw. die sehwach belastete oder für eine Zeitlang stillgesetzte
Maschinestark abkühlt. Die Abkühlung kann hierbei, vor allem bei ungünstigen Betriebsverhältnissen,
z. B. bei langer Bergabfahrt, @so erheblich sein, daß :die Wärmeentwicklung der
Maschine nicht ausreicht, um :die Betriebstemperatur trotz geschlossenemThermo,st.aten
und abgeschaltetem Kühler auf einer für den Motorbetrieb günstigen Höhe zu halten.
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Des weiteren sind Temperaturreg elvorrichturngen bekannt, bei weichen
die vom Motor kommende Kühlflüssigkeit einem Temperaturregler zugeführt wird, welcher
bei Temperatursteigerung einen zum Kühler führenden Durchgang öffnet und gleichzeitig
einen Durchgang zu einer den Kühler umgehenden Kurzschlußleitung :drosselt und abschließt.
Das vom Motor kommende Kühlwasser wird hierbei auch einem Wärmetauscher für eine
Heizung zugeleitet, welche nach Bedarf von Hand abgeschaltet werden kann. Diese
Regelungsweise ist
jedoch verhältnismäßig umständlich und erfordert
eine zusätzliche Betätigung der Heizvorrichtung, wenn man diese, um ein Unterkühlen
des Motors zu vermeiden, vom Kühlwasserkreislauf abschalten will.
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Des weiteren .sind Kühlwasserkreisläufe mit einem besonderen Heizkreislauf
bekannt, dessen Wärmetauscher von einer Nebenleitung ,des Kühlwais:serkreislaufes
seine Wärme erhält. Die bekannte Anordnung ist jedoch ,ebenfalls verhältnismäßig
umständlich und sieht zwei besondere Temperaturregler vor, von denen .der ,eine
.dem Wärmetauscher, der andere dem Kühler bzw. einer Umgehungsleitung des Kühlers
vorgeschaltet .ist.
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Die Erfindung .bezweckt demgegenüber eine wesentliche Vereinfachung
,der Temperaturregelvorrichtungen in Kühlflüssigkeitskreisläufen und besteht im
wesentlichen :darin, daß zur Regelung des aus einem Kühlerkreislauf, einem von diesem
abgezweigten Heizkreislauf und; gegebenenfalls einer sowohl -den Kühler als auch
die Heizvo,rr,ichtung umgehenden Kurzschlußleitung bestehenden Kühlflüssigkeitskreislaufes
ein gemeinsamer, zweckmäßig in der von der Maschine ausgehenden Kühlflüssigkeitsleitung
angeordneter Temperaturregler mit einem oder mehreren Ventilen, Schiebern od. dgl.
vorgesehen ist, welcher bei. kalter Maschine gegebenenfalls unter Einschaltung der
Kurzschlußleitung sowohl den Kühler .als auch die Heizvorrichtung vom Kühlflüssigkeitskreislauf
der Maschine .absperrt und dieselben erst bei einer ,bestimmten erhöhten Temperatur
zuschaltet.
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Durch die Erfindung ist mit einfachen Mitteln die Gewähr dafür gegeben,
daß die Maschine auch beim Anlassen aus kaltem Zustand sich schnell erwärmt, da
eine unzweckmäßige Wärmeabgabe an die Heizvorrichtung bei kalter Maschine selbsttätig
.in Fortfall kommt, bzw. daß bei langen Bergabfahrten die Maschine auf für die Betriebsbereitschaft
genügend hohem Temperaturzustand gehalten wird. Zweckmäßig ist die Anordnung derart
getroffen, daß mit steigender Temperatur der von der Brennkraftm.aschine erwärmten
Kühlflüss,igkeitdiese zunächst zur Heizvorrichtung und erst hierauf zum Kühler freigegeben
wird.
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Die Abgabe überschüssiger Abwärme an den Kühler ,kann .also .im wesentlichen
erst dann stattfinden, nachdem die für Heizzwecke erforderliche Energie von der
Abwärme der Maschine abgezweigt worden rat. Einerseits wird dadurch der thermische
Wirkungsgrad der Maschine verbessert, und andererseits kann auch bei verhältnismäßig
niedrigem Belastungs- und Wärmezustand der Maschine eine ausreichende Heizwirkung
erzielt werden.
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In der Zeichnung ,sind zwei Ausführungsbeispiele .der erfindungsgemäßen
Regelung schematisch dargestellt, und zwar zeigt Abb. r einen zur Regelung dienenden
TheTmostaten mit ,einem Heizleitung, Kühlerleitung und Kurzschlußleitung steuernden
Schieber, und zwar :bei kalter Maschine und im Axialschnitt durch das Gehäuse, Abb.
2 ein Temperatu@rhubdi,agramm für die Ausführung nach Abb. z, Abb. 3,den Thermostaten
nach Abb. r bei warmer Maschine und Abb. q. eine weitere Ausführungsform mit vom
Thermostaten gesteuerten Ventilen für die Heizleitung und die Kühlerleitung.
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In den Zeichnungen ist jeweils a die von der Maschine kommende, das
warme Kühlwasser führende Zuleitung, b das Thermostatgehäuse mit .dem Thermostaten
c, d die zum Wärmetauscher oder Heizkörper für die Fahrzeugheizung führende Heizleitung,
welche z. B. hinter .dem Wärmetauscher oder Heizkörper zur Maschine zurückführt,
e die zum Kühler führende Hauptleitung und f eine Kurzschlußleitung, welche unter
Umgehung des Kühlers unmittelbar zur Maschine zurückführt bzw. in die den Kühler
mit der Ma-,s.chine verbindende, z. B. eine Kühlwasserpumpe enthaltende Rückleitung
einmündet.
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In Abb. z steuert der Thermostat c mittels eines Rohrschiebers g die
Leitungen d, e und f. Die Maschine befindet sich in kaltem Zustand,
so daß ,eine niedrige Kühlwassertemperatur besteht. Der Schieber g nimmt seine unterste
Stellung ein, welche z. B. durch einen Anschlag h bestimmt wird und im Diagramm
nach Abb. 2 durch die Hub-,Stellung so der Schie'berunterkante ,angedeutet .ist.
Die Leitungen d und e sind ,durch den Schieber g geschlossen. Dagegen kann die Kühlflüssigkeit,
da ,der Rohrschieber g hohl ist, ;aus ,dem Raum bi des Gehäuses b .in den verengten
Raum b2 und von dort in,die Kurzschlußleitung f übertreten.
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Erhöht sich die Temperatur ,des Kühlwassers infolge Wärmeentwicklung
.der Maschine über die Temperatur to (Abb. 2), iso beginnt der Thermostat c den
Schieiber g über die Stellung s" ,anzuheben, wobei jedoch zunächst noch die Heizleitung
d geschlossen 'bleibet. Die Maschine kann sich dnfo,lgedeslsen .ohne Wärmeabgabe
an den Wärmetauscher der Fahrzeugheizung erwärmen, bis einte genügende Betriebswärme
'der Maschine erreicht ist. Ist die Temperatur t1 erreicht, nimmt die Unterkante
.des Schiebers g die Lage s1 ein. In diesem Augenblicke beginnt der Schieber die
Heizleitung d zu öffnen, während die Hauptleitung zum Kühler noch .geschlossen ist.
Das Kühlwasser gelangt daher, sofern es nicht über die Kurzschlußleitung
f zurückfließt, ,in ,die Heizleitung d ,und kann dort die Wärme für
die Aufhetzung des Wageninnern oder für sonstige Heizzwecke nutzbrirngend abgeben,
wobei der Wärmetauscher der HetzvGrrichtung zugleich die Aufgabe eines Rückkühlers
für.di-e Kühlflüssigkeit erfüllt.
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Erwärmt sich die Maschshe weiter bis zu einer Temperatur t2, so beginnt
die Unterkante ,des Schieberes g in ,der Stellung s2 auch die zum Kühler führende
Hauptleitung e freilzullegen, während gleichzeitig idie Kurz,s:chlußlei'twng f durch,die
Oberkante des Schiebers g mitsprechend geschlossen wird. Die Heizleitung d bleibt
'hierbei geöffnet, so daß ,auch weiterhin die Fahrzeugheizung wirksam bleibt. In
der äußersten Stellung s., ,bei einer
Temperatur t3 is,t d!ie Leitung
e vollständig geöffnet, die Kurzschlußilei@tuug f dagegen geschlossen. Diese Stellung
ist beispielsweise in Abh. 3 dargestellt.
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Beidem Ausführungsbeispiel -nach Abib. 4 ist eine besondere Kurzschlußleftung
f nicht dargestellt, obwohl @sie ebenfal'dis vorgesehen und sinngemäß durch dem
Thermostaten c gesteuert werden kann. Dais. Gehäuse b -ist in.diesem Falle
in 3 Kammern bi ,
b2' und b3' untertes'lt, wolbei,diie ,den Thermostaten c
enthaltende Kammer bi en d'ie Zuleitung a angeschlossen ist, während aus der Kammer
b2 die Heizleitung d ,und, aufs der Kammer b3' die Kühlerleitung e herausführt.
Die Kammern sind durch mit mittleren Öffnungen versehene Zwischenwände
i und j gegeneinander abgeteilt, wobei, die Öffnungen iin ihnen :durch
Ventile k und l gesteuert werden. Im dargestellten kalten Zustand
der Maschine, also bei niedriger Kühlwassertemperatur, werden nie Kammern gegeneinander
durch die Ventile k und l .abgeschlosisen. Steigt die Temperatur,
so. gibt zunächst das Ventil k durch Heraustreten aus der Zwischenwandung i die
Verbindung zwischen; den Kammern bi und b2 frei, so daß das von a 'kommende Kühlwasser
zur HeiiIeitung d fließen kann. Erst bei weiterer Temperaturerhöhung tritt auch
das Ventil l aus der Zwischenwandung j
heraus und gilbt dadurch dem
Kühlwasser auch ;den Zutritt zur Kühlerleitung e frei.
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Gegebenenfalls können der Schieber oder die Ventiile auch derart ausgebildet
und angeordnet sein, daß die Kurzsch!lußleiitung f bei kalter Maschine ebenfalls
ganz oder teilweiise geschlossen ist und infolgedessen ein. Kühlwasserkreislauf
nicht oder nur unter starker Drosselung möglich ist, was gegebenenfalls zu ischnellerer
Erwärmung,der Maschine beiträgt; doch wird die Umlaufleitung zweckmäßig geöffnet,
bevor ein Öffnen ,der Heizleitung stattfindet. Andererseits kann ,.die Kurzschlußleitung
auch derart gesteuert werden, daß bereits nvit der Eröffnung der Heizleitung die
Kurzschlußleitunggeschlossen wird.
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Die Ausführung nach Abb. i biss 3 ist hauptsächlich für Küh4umlaufsysiteme
mit Umlaufpumpe, die Ausführung nach Abb.4 für solche ohne Uml;aufpump,e bestimmt.