EP0903482B1 - Vorrichtung zur Regelung des Kühlwasserkreislaufes für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Vorrichtung zur Regelung des Kühlwasserkreislaufes für einen Verbrennungsmotor Download PDF

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EP0903482B1
EP0903482B1 EP98115482A EP98115482A EP0903482B1 EP 0903482 B1 EP0903482 B1 EP 0903482B1 EP 98115482 A EP98115482 A EP 98115482A EP 98115482 A EP98115482 A EP 98115482A EP 0903482 B1 EP0903482 B1 EP 0903482B1
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valve
pipe
differential pressure
heating
plate
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Clemens Bentele
Mario Erdmann
Jens Von Gregory
Mehmet Haseki
Peter Moser
Friedrich Schulz
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DaimlerChrysler AG
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    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
    • F01P2060/08—Cabin heater

Definitions

  • the invention relates to a device for control the cooling water circuit for an internal combustion engine after further defined in the preamble of claim 1 Art.
  • a generic device is from the US-PS 3,302,696 known. With the provided differential pressure valve is at low engine speeds of Cooling water flow through the internal combustion engine and a Bypass line routed to a faster heating to reach the cooling water.
  • U.S. Patent 4,972,808 describes another such Device.
  • the disadvantage of this device However, that during the warm-up phase of the engine or during a longer operation at low speeds, such as. "stop and go" operation in city traffic over not enough heat to the heating heat exchanger Heating of the passenger compartment provided can be. Will still be sufficient Heating power required, are additional equipment, such as e.g. a separate heater for the heating heat exchanger and / or heating water pumps required.
  • the present invention is based on the object a device of the type mentioned above to such improve that under all operating conditions the available heat is better used.
  • Fig. 1 cooling water circuit is basically with regard to structure and mode of action of known design, which is why only briefly on the essential parts.
  • An internal combustion engine 1 with a crankcase 2 and a cylinder head 3 is above the cylinder head 3 at connected to a cooling water circuit.
  • the cooling water circuit has a water pump 4, over the crankshaft of the engine is driven.
  • a thermostatic valve 5 in a thermostat housing. 6
  • the thermostatic valve 5 with cooling water channels the cylinder head 3 connected.
  • a bypass line 7 On the output side leads from the thermostatic valve 5, a bypass line 7, a heating line 8 and a water cooler supply line 9 out.
  • a heating heat exchanger 10 In the heating line 8 is located a heating heat exchanger 10 through which heating a passenger compartment, not shown, takes place.
  • a heating return 11 in which also the Bypass line 7 opens, there is a return from cooling water to the water pump 4.
  • the water cooler supply 9 leads to a water cooler 12, from which a water pump supply line 13 goes off, which leads to the water pump 4.
  • a differential pressure valve 14 is arranged, that in terms of a constructive simplification and easy installation in the thermostatic valve body 6 is integrated. Of course that can Differential pressure valve 14 but also at another Place as a separate unit in the bypass line 7 be arranged.
  • the differential pressure valve 14 has a closing member 15th on, by a coil spring 16 as a spring device is biased in the closed position.
  • thermostatic valve 5 is a two-plate valve formed with valve plates 17 and 18.
  • thermostatic valve design conceivable.
  • Fig. 2 shows a short circuit operation in the warm-up phase of the engine 1 at low engine speeds and thus at a low water pump speed.
  • the thermostatic valve 5 in known manner switched so that the valve plate 17 the water cooler supply 9 to the water cooler 12 locks.
  • the prior art would be in this Fall a division of the cooling water flow on the Heating line 8 and the bypass line 7 take place, which for the heating heat exchanger 10 a corresponding reduced thermal energy would be available due to the low speed and the lower one Temperature of the engine for heating a passenger compartment would be insufficient.
  • the differential pressure valve 14 is provided.
  • the differential pressure valve 14 is located in the in the closed position shown in FIG. 2, wherein the valve plate 17, the input port to the radiator inlet 9 because of the low Motor temperature shut off. This will do the whole Cooling water introduced into the heating line 8 and thus provided to the heating heat exchanger 10.
  • the thermostatic valve 5 When the temperature of the engine is a preselected value achieved, e.g. greater than 80 ° C, opens in a known manner the thermostatic valve 5 for a mixing phase (see FIG. 3).
  • the two valve platter 17 and 18 In a middle position where all exits are open from the thermostatic valve housing 6, namely the bypass line 7, the heating line 8 and the Water cooler supply 9.
  • This phase means the beginning the flow of cooling water through the water cooler inlet 9 and the flow through the radiator 12, before on the water pump return line 13th a return to the water pump 4 takes place.
  • the closing member 15 of the differential pressure valve 14 is closed, which in turn the Heating heat exchanger 10 amplifies heat energy supplied becomes.
  • Fig. 4 shows the position of the two valve plate 17 and 18 in the normal operating condition, e.g. at temperatures greater than 100 ° C. As can be seen, is in this case, the thermostatic valve 5 in the direction the water cooler inlet 9 and the heating line 8 full opened and the bypass line 7 is through the valve plate 18 closed.
  • the cooling water guide according to Fig. 4 thus corresponds to the known cooling water flow According to the state of the art.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung des Kühlwasserkreislaufes für einen Verbrennungsmotor nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der US-PS 3,302,696 bekannt. Mit dem dabei vorgesehenen Differenzdruckventil wird bei niedrigen Motordrehzahlen der Kühlwasserstrom durch die Brennkraftmaschine und eine Bypassleitung geleitet, um ein schnelleres Aufheizen des Kühlwassers zu erreichen.
Zwar mag ein solches schnelleres Aufheizen des Kühlwassers möglich sein, für die Beheizung des Fahrgastinnenraums bringt dies jedoch keine entscheidenden Vorteile.
Die US-PS 4 972 808 beschreibt eine weitere derartige Vorrichtung. Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist jedoch, daß während der Warmlaufphase des Motores oder bei einem längeren Betrieb mit niedrigen Drehzahlen, wie z.B. "stop and go"-Betrieb im Stadtverkehr über den Heizungs-Wärmetauscher nicht genügend Wärme zur Beheizung des Fahrgastinnenraumes zur Verfügung gestellt werden kann. Wird trotzdem eine ausreichende Heizleistung gewünscht, sind Zusatzeinrichtungen, wie z.B. eine gesonderte Heizeinrichtung für den Heizungs-Wärmetauscher und/oder Heizwasserpumpen erforderlich.
Zum allgemeinen Stand der Technik wird noch auf die DE 43 33 110 A1, die DE 195 08 102 C1 und die DE 29 23 523 A1 hingewiesen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art derart zu verbessern, dass unter allen Betriebsbedingungen die verfügbare Wärme besser genutzt wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Durch das Differenzdruckventil und dessen Schaltung wird insbesondere in der Warmlaufphase des Motors eine maximale Wärmeabgabe über den Heizungs-Wärmetauscher bei niedrigen Motordrehzahlen erreicht, denn die gesamte Kühlwassermenge strömt über die Heizung, womit die anfallende Motorwärme vollständig über den Heizungs-Wärmetauscher abgegeben werden kann. Erst bei höheren Wasserpumpendrehzahlen öffnet das Differenzdruckventil und es erfolgt in bekannter Weise eine Aufteilung des Kühlwasserstromes über die Bypass-Leitung und die Heizungsleitung.
Im normalen Fahrbetrieb kann in herkömmlicher Weise der Kühlwasserkreislauf in einem Mischbetrieb betrieben werden, wobei über ein Thermostatventil eine zusätzliche Aufteilung des Kühlwassers in eine Rückleitung erfolgen kann, die über den Kühler geführt wird.
Im Normalbetrieb bei Temperaturen oberhalb einer vorgegebenen Temperatur sperrt das Thermostatventil gleichzeitig die Bypassleitung und gewährleistet dadurch, dass auch bei höheren Drehzahlen die gesamte Wassermenge über die Heizleitung und/oder die Rückleitung geführt wird.
In den Unteransprüchen und in dem nachfolgend prinzipmäßig anhand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel sind vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ersichtlich.
Es zeigt:
Fig. 1
Schemadarstellung eines Kühlwasserkreislaufes mit einem Thermostatventil und einem Differenzdruckventil,
Fig. 2
das Thermostatventil mit dem Differenzdruckventil im Kurzschlußbetrieb,
Fig. 3
das Thermostatventil mit dem Differenzdruckventil in der Mischphase, und
Fig. 4
das Thermostatventil mit dem Differenzdruckventil im normalen Betriebszustand.
Der in der Fig. 1 dargestellte Kühlwasserkreislauf ist grundsätzlich bezüglich Aufbau und Wirkungsweise von bekannter Bauart, weshalb nachfolgend nur kurz auf die wesentlichen Teile eingegangen wird.
Ein Verbrennungsmotor 1 mit einem Kurbelgehäuse 2 und einem Zylinderkopf 3 ist über den Zylinderkopf 3 an einen Kühlwasserkreislauf angeschlossen. Der Kühlwasserkreislauf weist eine Wasserpumpe 4 auf, die über die Kurbelwelle des Motors angetrieben wird. In Strömungsrichtung hinter dem Zylinderkopf 3 befindet sich ein Thermostatventil 5 in einem Thermostatgehäuse 6. Eingangsseitig ist das Thermostatventil 5 mit Kühlwasserkanälen des Zylinderkopfes 3 verbunden. Ausgangsseitig führt aus dem Thermostatventil 5 eine Bypass-Leitung 7, eine Heizleitung 8 und eine Wasserkühlerzuleitung 9 heraus. In der Heizleitung 8 befindet sich ein Heizungs-Wärmetauscher 10, durch den eine Aufheizung eines nicht dargestellten Fahrgastraumes erfolgt. Über eine Heizungsrückleitung 11, in die auch die Bypass-Leitung 7 einmündet, erfolgt eine Rückführung von Kühlwasser zur Wasserpumpe 4.
Die Wasserkühlerzuleitung 9 führt zu einem Wasserkühler 12, von dem aus eine Wasserpumpenzuleitung 13 abgeht, die zur Wasserpumpe 4 führt. In der Bypass-Leitung 7 ist ein Differenzdruckventil 14 angeordnet, das im Hinblick auf eine konstruktive Vereinfachung und eine einfache Montage in das Thermostatventilgehäuse 6 integriert ist. Selbstverständlich kann das Differenzdruckventil 14 jedoch auch an einer anderen Stelle als separate Einheit in der Bypass-Leitung 7 angeordnet sein.
Das Differenzdruckventil 14 weist ein Schließglied 15 auf, das durch eine Spiralfeder 16 als Federeinrichtung in Schließstellung vorgespannt ist.
Das in der Fig. 1 und in den Figuren 2 bis 4 näher dargestellte Thermostatventil 5 ist als Zweiplattenventil mit Ventilplattentellern 17 und 18 ausgebildet. Selbstverständlich ist im Rahmen der Erfindung jedoch auch eine andere Thermostatventilausgestaltung denkbar.
Nachfolgend ist die Wirkungsweise des Differenzdruckventiles 14 anhand der verschiedenen Stellungen gemäß Fig. 1 und vergrößert gemäß Figuren 2 bis 4 beschrieben.
Die Fig. 2 zeigt einen Kurzschlußbetrieb in der Warmlaufphase des Motors 1 bei niederen Motordrehzahlen und damit auch bei einer niederen Wasserpumpendrehzahl. In diesem Falle ist das Thermostatventil 5 in bekannter Weise so geschaltet, daß der Ventilplattenteller 17 die Wasserkühlerzuleitung 9 zum Wasserkühler 12 absperrt. Beim Stand der Technik würde in diesem Falle eine Aufteilung des Kühlwasserstromes auf die Heizleitung 8 und die Bypass-Leitung 7 erfolgen, womit für den Heizungs-Wärmetauscher 10 eine entsprechend reduzierte Wärmeenergie zur Verfügung stehen würde, die aufgrund der niederen Drehzahl und der niederen Temperatur des Motors zur Erwärmung eines Fahrgastinnenraumes ungenügend wäre. Um diesen negativen Effekt zu vermeiden ist das Differenzdruckventil 14 vorgesehen. Aufgrund der niederen Drehzahl herrscht im Kühlwasserkreislauf ein entsprechend niederer Druck, der nicht ausreicht die Vorspannkraft der Federeinrichtung 16 für das Schließglied 15 zu überwinden. Dies bedeutet das Differenzdruckventil 14 befindet sich in der in der Fig. 2 dargestellten geschlossenen Stellung, wobei der Ventilplattenteller 17 die Eingangsöffnung zu der Wasserkühlerzuleitung 9 wegen der niedrigen Motortemperatur absperrt. Dadurch wird das gesamte Kühlwasser in die Heizleitung 8 eingeleitet und damit dem Heizungs-Wärmetauscher 10 zur Verfügung gestellt.
In der Darstellung nach der Fig. 2 befindet sich zwar der Ventilplattenteller 18 auf Abstand zu der Einströmöffnung in die Bypass-Leitung 7, aber aufgrund der niederen Drehzahl hält das Schließglied 15 des Differenzdruckventiles 14 die Bypass-Leitung 7 geschlossen. Erst ab einer vorgewählten Motordrehzahl und damit einem entsprechend höheren Druck im Kühlwasserkreislauf erfolgt in Abhängigkeit von der Vorspannkraft der Spiralfeder 16 eine Öffnung der Bypass-Leitung 7. Dies kann z.B. bei einem Druck von ca. 0,3 bar und höher erfolgen. Erst ab diesem Auslegungspunkt erfolgt eine Teilströmung entsprechend Pfeil A in der Fig. 2 über das sich öffnende Schließglied 15 in die Bypass-Leitung 7 zusätzlich zu der Kühlwasserströmung über die Heizleitung 8.
Wenn die Temperatur des Motors einen vorgewählten Wert erreicht, z.B. größer 80 °C, öffnet in bekannter Weise das Thermostatventil 5 für eine Mischphase (s. Fig. 3). Dabei befinden sich die beiden Ventilplattenteller 17 und 18 in einer Mittelposition, in der alle Ausgänge aus dem Thermostatventilgehäuse 6 offen sind, nämlich die Bypass-Leitung 7, die Heizleitung 8 und die Wasserkühlerzuleitung 9. Diese Phase bedeutet den Beginn der Durchströmung des Kühlwassers über die Wasserkühlerzuleitung 9 und die Durchströmung des Wasserkühlers 12, bevor über die Wasserpumpenrückleitung 13 eine Rückleitung zur Wasserpumpe 4 erfolgt. Auch in diesem Falle besteht die Möglichkeit, daß bei niederen Motordrehzahlen das Schließglied 15 des Differenzdruckventiles 14 geschlossen wird, womit wiederum dem Heizungs-Wärmetauscher 10 verstärkt Wärmeenergie zugeführt wird.
Die Fig. 4 zeigt die Stellung der beiden Ventilplattenteller 17 und 18 im normalen Betriebszustand, z.B. bei Temperaturen von größer 100 °C. Wie ersichtlich, ist in diesem Falle das Thermostatventil 5 in Richtung der Wasserkühlerzuleitung 9 und der Heizleitung 8 voll geöffnet und die Bypass-Leitung 7 ist durch den Ventilplattenteller 18 geschlossen. Die Kühlwasserführung nach der Fig. 4 entspricht somit der bekannten Kühlwasserführung nach dem Stand der Technik.

Claims (5)

  1. Vorrichtung zur Regelung des Kühlwasserkreislaufes für einen Verbrennungsmotor (1), mit einer Wasserpumpe (4) und einem Thermostatventil (5), welches eingangsseitig mit Kühlwasserkanälen des Verbrennungsmotors (1) verbunden ist und welches ausgangsseitig mit einer Bypassleitung (7), einer Heizleitung (8) und einer Wasserkühlerzuleitung (9) verbunden ist, wobei in der Bypassleitung (7) ein Differenzdruckventil (14) angeordnet ist, wobei in der Heizleitung (8) ein Heizungswärmetauscher (10) angeordnet ist, und wobei in der Wasserkühlerzuleitung (9) ein Wasserkühler (12) angeordnet ist, und wobei das Thermostatventil (5) die Wasserkühlerzuleitung (9) in der Warmlaufphase des Motors (1) oder bei niedrigen Motortemperaturen verschließt und im normalen Betrieb bei Temperaturen oberhalb einer vorgegebenen Temperatur freigibt,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzdruckventil (14) unterhalb eines vorgegebenen Drucks die Bypassleitung (7) vollständig verschließt und dass das Thermostatventil (7) zusätzlich im normalen Betrieb die Bypassleitung (7) verschließt und während einer Mischphase zwischen der Warmlaufphase und dem Normalbetrieb die Bypassleitung (7), die Heizleitung (8) und die Wasserkühlerzuleitung freigibt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzdruckventil (14) mit einer Federeinrichtung (16) zur Vorspannung in Schließstellung versehen ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzdruckventil (14) im Thermostatgehäuse (6) des Thermostatventils (5) aufgenommen ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Thermostatventil (5) als Plattenventil mit wenigstens einem Ventilplattenteller (18) ausgebildet ist, hinter dem die Bypass-Leitung (7) abzweigt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Plattenventil als Zweiplattenventil ausgebildet ist, wobei hinter einem Plattenventilteller (18) die Bypass-Leitung (7) und hinter dem zweiten Plattenventilteller (17) eine zu dem Kühler (12) führende Wasserkühlerzuleitung (9) abzweigt.
EP98115482A 1997-09-23 1998-08-18 Vorrichtung zur Regelung des Kühlwasserkreislaufes für einen Verbrennungsmotor Expired - Lifetime EP0903482B1 (de)

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