EP0525311B1 - Druckgesteuerte Ventileinrichtung an dem Kühlflüssigkeitskreislauf eines Verbrennungsmotors - Google Patents
Druckgesteuerte Ventileinrichtung an dem Kühlflüssigkeitskreislauf eines Verbrennungsmotors Download PDFInfo
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Definitions
- the invention relates to a pressure-controlled valve device with switchable opening pressure to the coolant circuit of an internal combustion engine for in particular a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.
- the pressure relief valve in the float is only subjected to a relatively low closing force, this closing force being the difference between the opening pressure of the pressure relief valve located outside the float and that for the one in the coolant tank corresponds to the specified high pressure at engine standstill in relation to atmosphere.
- this closing force being the difference between the opening pressure of the pressure relief valve located outside the float and that for the one in the coolant tank corresponds to the specified high pressure at engine standstill in relation to atmosphere.
- the closing pressure of the valve in the float is measured at 0.6 bar.
- high manufacturing accuracies, in particular with the closing spring are required for perfect work.
- two independent pressure relief valves each with separate valve parts, in particular separate closing springs, are also necessary.
- a pressure controlled valve device with two pressure relief valves is known.
- a first pressure relief valve is provided with a low-pressure closure body which determines the function when gas or steam is applied, and the second is provided with a high-pressure closure body which determines the function when liquid is applied.
- This valve device also has a float which is arranged such that it blocks a flow path controlled by the low-pressure closure body when the coolant level in the coolant tank rises.
- two pressure relief valves constructed independently of one another, each with separate valve parts, in particular separate closing springs, are necessary.
- a correspondingly opening check valve can be attached quite easily in the high-pressure closure body according to claim 1.
- the drawing shows the same longitudinal section of a pressure-controlled valve device, each with different valve closure body positions.
- the valve device essentially consists of a carrier part 2, which is fixed in the opening of the coolant container 1 and is covered on the outside by a cover 3.
- a valve housing 5 is clamped against the cover 3 by a plate spring 4 and is sealed in the carrier part 2 with respect to the opening in the coolant container 1.
- This housing 5 has a valve seat 6 with a seal 7 lying thereon. While the valve housing 5 seals the interior of the coolant container 1 to the atmosphere between the opening in the coolant container 1 and the valve seat 6, this housing has openings 8 to the atmosphere in its remaining area .
- the closure body 10 is designed so that there is a low-pressure flow path 11 between the sealing flange 12, the membrane 9 and the valve housing 5, which is connected via an opening 13 to the interior of the coolant container.
- This opening 13 can be closed by a float 14 which can be raised by the cooling liquid.
- the low-pressure closure body 10 has a high-pressure flow path 15 leading into the interior of the liquid container, which can be closed to the atmosphere by means of a plate-shaped high-pressure closure.
- a high-pressure closure body 16 lies against the sealing flange 12 in a sealing manner via a molded-on annular web 17 via a seal.
- the closing pressure for the two closure bodies 10 and 16 is introduced onto the high-pressure closure body 16 by a compression spring 18 supported on the cover 3.
- valve device This operation of the valve device is achieved in that the resulting pressure forces triggering an opening of the closure bodies 10 and 16 are designed by appropriate design of the pressure active surfaces of the two closure bodies 10, 16 so that when the float is not raised, the low-pressure closure body 10 opens first, specifically at Reaching the opening pressure set for this.
- This state is shown in Fig. 2, in which the sealing flange 12 of the low-pressure closure body 10 is lifted from the seal 7 of the valve seat 6 of the valve housing.
- the float 14 keeps access to the free space 11 within the closure body 10 open, so that the open position of the closure body 10 safely ensures a free outflow of gas or coolant into a valve outlet 19.
- the float 14 is raised and the opening 13 is closed to the flow path 11. This condition occurs after a hot engine is stopped.
- the closure of the opening 13 leads to the fact that no more flow can take place via the sealing flange 12 of the low-pressure closure body 10.
- the active surfaces of the closure body 10 which are exposed to the internal pressure of the liquid container are designed such that, before the high-pressure closure body 16 is opened, the low-pressure closure body 10 first assumes a defined final open position by abutment of its sealing flange 12 against a stop 20. While the closure body 10 is on the way there in the operating state according to FIG. 4, it has reached this end position in the operating state according to the illustration in FIG. 5. If the internal pressure of the liquid container exceeds the closing pressure set for the high-pressure closure body, the latter opens when the low-pressure closure body 10 abuts the stop 20.
- the low-pressure closure body 10 In the operating state shown in FIG. 4, the low-pressure closure body 10 is in its position which enables the high-pressure closure body 16 to be opened by contact with the stop 20.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine druckgesteuerte Ventileinrichtung mit auf Nieder- und Hochdruck umschaltbarem Öffnungsdruck an den Kühlflüssigkeitskreislauf eines Verbrennungsmotors für insbesondere ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Eine derartige, aus DE 34 36 702 C2 bekannte Einrichtung ermöglicht die Absicherung des Flüssigkeitskühlkreislaufes einerseits mit einem Betriebsdruck (Niederdruck) während des Motorbetriebes und andererseits mit einem erhöhten Druck (Hochdruck) nach Abschalten des Motorbetriebes. Damit wird ein Kühlflüssigkeitsauswurf verhindert, wenn der heiße Verbrennungsmotor abgeschaltet und die Kühlmittelzirkulation unterbrochen wird. Eine durch dabei auftretende örtliche Dampfbildung verursachte Volumensvergrößerung führt dann nicht zu einem Kühlmittelauswurf. Dem auf den Betriebsdruck eingestellten Niederdruckventil ist bei einem über den Motorbetriebszustand hinausgehenden vergrößerten Kühlflüssigkeitsvolumen ein in einem Schwimmer angeordnetes zusätzliches Druckventil vorgeschaltet, wobei die beiden Überdruckventile in diesem Zustand in Reihe geschaltet sind. Durch die Reihenschaltung ist das Überdruckventil in dem Schwimmer nur mit einer relativ geringen Schließkraft beaufschlagt, wobei diese Schließkraft der Differenz zwischen dem Öffnungsdruck des außerhalb des Schwimmers liegenden Überdruckventiles und dem für den im Kühlflüssigkeitsbehälter festgelegten Hochdruck bei Motorstillstand gegenüber Atmosphäre entspricht. Soll der Hochdruck in dem Kühlflüssigkeitsbehälter beispielsweise 2 bar und der Niedrigdruck während des Motorbetriebs 1,4 bar betragen, so bemißt sich der Schließdruck des Ventiles in dem Schwimmer auf 0,6 bar. Bei Ventilen mit einem niedrigen Schließdruck sind hohe Fertigungsgenauigkeiten bei insbesondere der Schließfeder für ein einwandfreies Arbeiten erforderlich. Bei der vorbekannten Einrichtung sind darüber hinaus zwei unabhängig voneinander aufgebaute Überdruckventile mit jeweils getrennten Ventilteilen, insbesondere getrennten Schließfedern, notwendig.
- Eine ähnliche Einrichtung ist aus DE 34 39 554 A1 bekannt.
- Ferner ist aus der US-A-1 541 073 eine druckgesteuerte Ventileinrichtung mit Zwei Überdruckventilen bekannt. Ein erstes Überdruckventil ist mit einem bei Gas- oder Dampfbeaufschlagung funktionsbestimmenden Niederdruck-Verschlußkörper und der zweite mit einem bei Flüssigkeitbeaufschlagung funktionsbestimmenden Hochdruck-Verschlußkörper versehen. Diese Ventileinrichtung weist ferner einen Schwimmer auf, der derart angeordnet ist, daß er bei ansteigendem Kühlflüssigkeitsspiegel im Kühlflüssigkeitsbehälter einen vom Niederdruck-Verschlußkörper durchflußgesteuerten Strömungsweg versperrt. Auch bei dieser bekannten Einrichtung sind zwei unabhängig voneinander aufgebaute Überdruckventile mit jeweils getrennten Ventilteilen , insbesondere getrennten Schließfedern, notwendig.
- Hiervon ausgehend beschäftigt sich die Erfindung mit dem Problem, eine einfachere und bei geringem Fertigungsaufwand dennoch sicher arbeitende Ventileinrichtung zu schaffen. Hierbei wird insbesondere angestrebt, mit möglichst wenigen Ventilteilen auszukommen und Federn einsetzen zu können, die nicht auf einen geringen Differenzdruck des betreffenden Ventils ausgelegt werden müssen, um die Fertigungsgenauigkeit bei den Federn senken bzw. die Funktionssicherheit des Ventils erhöhen zu können. Außerdem sollen möglichst keine Ventilfedern durch die Kühlflüssigkeit erfaßt werden, um die Federn dadurch nicht der Gefahr eines Verschlammens und einer Korrosion mit der Folge einer Funktionsbeeinträchtigung auszusetzen.
- Eine Lösung dieses Problems ist bei einer gattungsgemäßen Ventileinrichtung ein Aufbau nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.
- Bei einer derart aufgebauten Einrichtung sind die beiden den Hoch- und Niedrigdruck steuernden Ventile zu einer gemeinsamen Einheit integriert, bei der die Schließkraft für beide Ventile von einer gemeinsamen Feder aufgebracht wird. Da bei der erfindungsgemäßen Lösung die beiden Ventile in Parallelschaltung wirken, entspricht der Schließdruck der Feder die Gesamtdifferenz zwischen dem Hochdruck innerhalb des Kühlflüssigkeitsbehälters und der Atmosphäre. Der von der gemeinsamen Feder aufzubringende Schließdruck befindet sich damit in einem Bereich, bei dem geringe Fertigungsungenauigkeiten bei der Federherstellung die Funktionsgenauigkeit der Ventile nur noch äußerst gering beeinflussen.
- Eine zweckmäßige konstruktive Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung ist Gegenstand des Patentanspruchs 2. Durch die Verwendung einer Dichtmembran zur Bildung zweier getrennter Strömungsräume innerhalb des Verschlußkörpers des Niedrigdruckventiles ist eine praktisch reibungsfreie Bewegung des Niedrigdruck-Verschlußkörpers möglich.
- Für einen Druckausgleich von außen nach innen ist in dem Hochdruck-Verschlußkörper nach Anspruch 1 ein entsprechend öffnendes Rückschlagventil recht einfach anbringbar.
- Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung lassen sich der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles entnehmen.
- Die Zeichnung gibt in insgesamt fünf Figuren jeweils einen gleichen Längsschnitt einer druckgesteuerten Ventileinrichtung mit jeweils unterschiedlichen Ventil-Verschlußkörperstellungen wieder.
- Im einzelnen zeigen
- Fig. 1
- den Zustand der Ventileinrichtung bei ausschließlich Gasbeaufschlagung und geschlossenen Hochdruck- und Niedrigdruck-Ventilverschlußkörpern,
- Fig. 2
- ein allein gasbeaufschlagtes Ventil mit geöffnetem Niedrigdruck- und geschlossenem Hochdruck-Verschlußkörper,
- Fig. 3
- einen Ventilzustand, bei dem ein Strömungsdurchgang durch das Niederdruck-Ventil durch einen von ausgedehnter Kühlflüssigkeit angehobenen Schwimmer unterbrochen ist,
- Fig. 4
- einen Ventilzustand nach Fig. 3, bei dem der Niedrigdruck-Verschlußkörper eine definierte End-Offenstellung einnimmt,
- Fig. 5
- einen Ventilzustand nach Fig. 4, bei dem der Hochdruck-Verschlußkörper geöffnet ist.
- In einer geodätisch oben liegenden Öffnung eines Kühlflüssigkeitsbehälters 1 eines Verbrennungsmotors ist eine Ventilsteuereinrichtung eingebaut, die bei einem laufenden Verbrennungsmotor einen geringeren Schließdruck ausübt als bei einem stillgesetzten Motor direkt nach dem Stillsetzen, wenn in diesem Zustand die Kühlflüssigkeit sich kurzzeitig volumenmäßig durch lokal infolge von Überhitzung entstehenden Dampfblasen über ein bestimmtes Maß hinaus vergrößert hat.
- Im wesentlichen besteht die Ventileinrichtung aus einem Trägerteil 2, das in der Öffnung des Kühlflüssigkeitsbehälters 1 fixiert und nach außen durch einen Deckel 3 abgedeckt ist. Durch eine Tellerfeder 4 gegen den Deckel 3 verspannt befindet sich in dem Trägerteil 2 abgedichtet gegenüber der Öffnung in dem Kühlflüssigkeitsbehälter 1 ein Ventilgehäuse 5. Dieses Gehäuse 5 besitzt einen Ventilsitz 6 mit einer darauf liegenden Dichtung 7. Während das Ventilgehäuse 5 zwischen der Öffnung in dem Kühlflüssigkeitsbehälter 1 und dem Ventilsitz 6 den Innenraum des Kühlflüssigkeitsbehälters 1 zur Atmosphäre hin dichtet, weist dieses Gehäuse in seinem übrigen Bereich Durchbrüche 8 zur Atmosphäre hin auf.
- Über eine Membran 9 dicht mit dem Ventilgehäuse 5 verbunden ist ein Niederdruck-Verschlußkörper 10, der über einen radial außen angeformten Dichtflansch 12 auf den Ventilsitz 6 des Ventilgehäuses 5 dicht aufsetzbar ist. Zweckmäßigerweise ist die Membran reaktionskräftefrei, damit die Schließfunktion der gesamten Einrichtung nicht verfälscht wird.
- Der Verschlußkörper 10 ist so ausgebildet, daß ein Niederdruck-Strömungsweg 11 zwischen dem Dichtflansch 12, der Membran 9 sowie dem Ventilgehäuse 5 besteht, der über eine Öffnung 13 mit dem Kühlflüssigkeitsbehälter-Inneren in Verbindung steht. Diese Öffnung 13 ist durch einen von der Kühlflüssigkeit anhebbaren Schwimmer 14 verschließbar.
- Außer dem Strömungsweg 11 besitzt der Niederdruck-Verschlußkörper 10 einen in das Flüssigkeitsbehälter-Innere führenden Hochdruck-Strömungsweg 15, der zur Atmosphäre hin über einen plattenförmig ausgebildeten Hochdruck-Verschluß verschließbar ist. Bei diesem Verschluß liegt ein Hochdruck-Verschlußkörper 16 über einen angeformten Ringsteg 17 dichtend über eine Dichtung an dem Dichtflansch 12 an. Der Schließdruck für die beiden Verschlußkörper 10 und 16 wird durch eine sich an dem Deckel 3 abstützende Druckfeder 18 auf den Hochdruck-Verschlußkörper 16 eingeleitet.
- In den einzelnen Zeichnungsfiguren sind diejenigen Räume der Ventileinrichtung, die mit aus der Kühlflüssigkeit stammendem
- Gas oder der Kühlflüssigkeit selber gefüllt sind, jeweils markiert.
Bei dem Betriebszustand nach Fig. 1 sind die Hochdruck- und Niederdruck-Verschlußkörper 16 bzw. 10 jeweils in Schließstellung. - Die Ventileinrichtung kann beispielsweise so ausgelegt sein, daß der Niederdruck-Verschlußkörper 10 bei einem Überdruck von 1,4 und der Hochdruck-Verschlußkörper 16 erst bei einem Überdruck von 2 bar öffnet. Durch den vorhandenen Schwimmer 14 ist dabei sichergestellt, daß ein Überdruck von 2 bar nur bei durch die Kühlflüssigkeit angehobenem Schwimmer auftreten kann, während bei abgesenktem Schwimmer der Kühlflüssigkeitsbehälter-Innendruck einen Überdruck von 1,4 bar, der durch den Niederdruck-Verschlußkörper 10 vorgegeben ist, nicht überschreiten kann. Der Zustand angehobener Schwimmer 14 liegt bei normalem Fahrbetrieb des Motors nicht vor, sondern stellt sich lediglich für eine kurze Zeit nach dem Abstellen eines heißen Motors ein. In diesem zuletzt genannten Zustand soll zur Verhinderung eines Kühlflüssigkeitsauswurfes der Schließdruck der Ventileinrichtung erhöht sein.
- Diese Arbeitsweise der Ventileinrichtung wird dadurch erreicht, daß die ein Öffnen der Verschlußkörper 10 und 16 auslösenden resultierenden Druckkräfte durch entsprechende Auslegung der Druckwirkflächen der beiden Verschlußkörper 10, 16 so ausgelegt werden, daß bei nicht angehobenem Schwimmer zunächst der Niederdruck-Verschlußkörper 10 öffnet und zwar bei Erreichen des für diesen eingestellten Öffnungsdrucks. Dieser Zustand ist in Fig. 2 dargstellt, bei dem der Dichtflansch 12 des Niederdruck-Verschlußkörpers 10 von der Dichtung 7 des Ventilsitzes 6 des Ventilgehäuses abgehoben ist. Der Schwimmer 14 hält den Zugang zu dem Freiraum 11 innerhalb des Verschlußkörpers 10 geöffnet, so daß die Offenstellung des Verschlußkörpers 10 einen freien Abfluß von Gas oder Kühlflüssigkeit in einen Ventilausgang 19 sicher gewährleistet.
- Bei dem Zustand der Ventileinrichtung nach Fig. 3 ist der Schwimmer 14 angehoben und die Öffnung 13 zu dem Stömungsweg 11 hin verschlossen. Dieser Zustand tritt nach Stillsetzen eines heißen Motors ein. Der Verschluß der Öffnung 13 führt dazu, daß über den Dichtflansch 12 des Niederdruck-Verschlußkörpers 10 keine Anströmung mehr erfolgen kann. Die dem Flüssigkeitsbehälterinnendruck ausgesetzten Wirkflächen des Verschlußkörpers 10 sind so ausgelegt, daß vor einem Öffnen des Hochdruck-Verschlußkörpers 16 der Niederdruck-Verschlußkörper 10 zunächst eine definierte End-Offenstellung durch Anlage seines Dichtflansches 12 an einen Anschlag 20 einnimmt. Während sich der Verschlußkörper 10 bei dem Betriebszustand nach Fig. 4 auf dem Wege dorthin befindet, hat er diese Endstellung bei dem Betriebszustand entsprechend der Darstellung in Fig. 5 erreicht. Übersteigt der Flüssigkeitsbehälterinnendruck den für den Hochdruck-Verschlußkörper eingestellten Schließdruck, so öffnet dieser bei an dem Anschlag 20 anliegendem Niederdruck-Verschlußkörper 10.
- Bei dem in Fig. 4 dargestellten Betriebszustand befindet sich der Niederdruck-Verschlußkörper 10 durch Anlage an dem Anschlag 20 in seiner ein Öffnen des Hochdruck-Verschlußkörpers 16 ermöglichenden Lage.
- In dem Hochdruck-Verschlußkörper 16 ist noch ein zum Behälterinneren öffnendes Rückschlagventil 21, das durch eine eigene Feder 22 beaufschlagt ist, angeordnet. Durch dieses Rückschlagventil 21 kann ein Druckausgleich von der Atmosphäre zum Behälterinneren hin bei einem Unterdruck in dem Behälter stattfinden.
Claims (3)
- Druckgesteuerte Ventileinrichtung mit auf Nieder- oder Hochdruck umschaltbarem Öffnungsdruck am Kühlflüssigkeitskreislauf eines Verbrennungsmotors, insbesondere für ein Kraftfahrzeug,
die von innerhalb eines Kühlflüssigkeitsbehälters (1) je nach Betriebszustand des Motors durch aus der Kühlflüssigkeit austretendes Gas oder austretenden Dampf einerseits oder durch die Kühlflüssigkeit selbst andererseits druckbeaufschlagt ist und die bei Flüssigkeitsbeaufschlagung bei einem gegenüber Gas- oder Dampfbeaufschlagung höheren Druck öffnet, mit
einem bei Gas- oder Dampfbeaufschlagung funktionsbestimmenden Niederdruck-Verschlußkörper (10), der in Schließstellung federbeaufschlagt ist,
einem bei Flüssigkeitsbeaufschlagung funktionsbestimmenden Hochdruck-Verschlußkörper (16), der ebenfalls in Schließstellung federbeaufschlagt ist, und
einem Schwimmer (14), der derart angeordnet ist, daß er bei ansteigendem Kühlflüssigkeitsspiegel im Kühlflüssigkeitsbehälter (1) einen vom Niederdruck-Verschlußkörper (10) durchflußgesteuerten Strömungsweg (13, 11) versperrt,
wobei die für ein unter dem im Kühlflüssigkeitsbehälter (1) herrschenden Druck erfolgendes Öffnen des Niederdruck-Verschlußkörpers (10) maßgebende resultierende Wirkfläche in allen Betriebszuständen größer ist als diejenige für ein Öffnen des Hochdruck-Verschlußkörpers (16),
dadurch gekennzeichnet, daß- der Niederdruck-Verschlußkörper (10) Träger des Hockdruck-Verschlußkörpers (16) ist,- durch den Niederdruck-Verschlußkörper (10) hindurch ein zum Hochdruck-Verschlußkörper (16) führender Strömungsweg (15) führt, der in allen Betriebszuständen offen ist,- der die Verschlußkörper (10,16) beaufschlagende Schließdruck allein über den Hochdruck-Verschlußkörper (16) eingeleitet wird, und- ein Anschlag (20) für den Niederdruck-Verschlußkörper (10) vorgesehen ist, der derart angeordnet ist, daß der Niederdruck-Verschlußkörper (10) bei geöffnetem Hochdruck-Verschlußkörper (16) eine definierte Offenstellung einnimmt. - Druckgesteuerte Ventileinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Niederdruck-Verschlußkörper (10) einen ringförmig umlaufenden nach radial außen auskragenden Dichtflansch (12) besitzt, der auf einen im Ventilgehäuse (5) ortsfest angebrachten Ventilsitz (6) entgegen der Ventilausströmrichtung dicht aufsetzbar und nach radial außen über ein im wesentlichen reaktionskräftefreies Dichtelement (Membran 9) gasdicht mit dem Ventilgehäuse (5) verbunden ist, wobei zwischen der Membran (9) und dem Dichtflansch (12) ein in das Kühlflüssigkeitsgehäuse (1) mündender Niederdruck-Strömungsweg (11) besteht, der bei angehobenem Schwimmer (14) dicht von dem Inneren des Kühlflüssigkeitsgehäuses (1) abgetrennt ist, und daß der Niederdruck-Verschlußkörper (10) im übrigen einen den Kühlflüssigkeitsbehälter (1) bei geöffnetem Hochdruck-Verschlußkörper (16) mit der Atmosphäre verbindenden Hochdruck-Strömungsweg (15) aufweist. - Druckgesteuerte Ventileinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hochdruck-Verschlußkörper (16) mit einem von der Atmosphäre zum Kühlflüssigkeitsbehälterinneren öffnenden Rückschlagventil (21) versehen ist.
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