EP2427639B1 - Ausfallsicherer drehsteller für einen kühlmittelkreislauf - Google Patents

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EP2427639B1
EP2427639B1 EP10724688A EP10724688A EP2427639B1 EP 2427639 B1 EP2427639 B1 EP 2427639B1 EP 10724688 A EP10724688 A EP 10724688A EP 10724688 A EP10724688 A EP 10724688A EP 2427639 B1 EP2427639 B1 EP 2427639B1
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EP
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coolant
valve
rotary
fail
slide
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Michael Staiger
Lars Helling
Dieter Lachner
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Audi AG
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Definitions

  • Fail-safe turntable for a coolant circuit to avoid damage to an internal combustion engine due to insufficient cooling capacity in case of failure of the turntable.
  • Such fail-safe turntables are preferably used to provide an emergency operation of thedemiftelnikanks an internal combustion engine when the controlled by the turntable coolant is no longer sufficient for proper cooling of the engine due to a malfunction of the turntable.
  • the DE 102 43 778 A1 shows an actuating device with an electromotive rotary drive through which an adjusting element, in particular a rotary valve of a rotary valve, about a rotational axis between a first end position and a second end position is rotatably driven and acted upon by a spring from the first end position out.
  • the electromotive rotary drive is designed as a reversing drive and the Federbeauschlagung of the actuating element is effective only between the first end position and an intermediate position, wherein the intermediate position between the first end position and the second end position.
  • control element embodied as a rotary slide valve is a control valve in a coolant circuit of an internal combustion engine, cooling of the internal combustion engine in emergency operation is maintained by the rotation of the actuating element resulting from the spring action of the control element in the event of failure of the electromotive rotary drive.
  • a disadvantage of the adjusting device shown, however, is that the emergency operation is initiated immediately after failure of the rotary drive due to the constant presence of spring action of the actuating element. As a result, the cooling medium, depending on the ambient temperature, engine load and driving speed, no longer heat up to the operating temperature, resulting in a loss of efficiency of the internal combustion engine during emergency operation results.
  • the object of the present invention is therefore to provide a fail-safe turntable for a coolant circuit, which can initiate an emergency operation for the coolant circuit as required.
  • a fail-safe turntable for a coolant circuit in particular for a multiple partial circuits having coolant circuit of an internal combustion engine, a coolant pump for circulation of the coolant within the coolant circuit, and a plurality of housing fürströmö réelleen exhibiting rotary valve housing in which at least one rotary valve with at least one rotary valve flow-through rotatably mounted is, wherein the housing flow openings are fluidly connected to at least one partial circuit and can be brought by a rotational movement of the rotary valve in at least partially overlap with the rotary valve flow and wherein a thermostatic valve when exceeding a temperature limit of the coolant parallel to the rotary valve guided flow path of a the partial circuits to the coolant supply pump opens.
  • a temperature-dependent switchable thermostatic valve is arranged parallel to the rotary valve, in a failure of the rotary valve control an emergency operation can be ensured by the fact that the thermostatic valve for the coolant an alternative flow path to the coolant pump opens. Due to the temperature-dependent circuit of the thermostatic valve, this flow path is switched only when the temperature of the coolant has reached a critical for the operation of the internal combustion engine limit temperature. As a result, the engine is not prevented from reaching the operating temperature despite a malfunction of the turntable, which contributes to a reduction in fuel consumption and emissions.
  • the turntable is very robust, since no components required for emergency operation attack directly on the rotary valve, which allows easy movement of the rotary valve and low component wear. Also, the thermostatic valve has a very low wear, since it has to be operated very rarely.
  • a radiator feed directs coolant from the engine to a heat exchanger and a radiator return directs the coolant exiting the heat exchanger to the rotary valve.
  • the heated by the internal combustion engine coolant is passed through the radiator flow to the heat exchanger, in which it can cool.
  • the exiting from the heat exchanger, cooled coolant is passed through the radiator return to the corresponding housing flow opening of the rotary valve.
  • From the radiator flow can also branch off a bypass and direct heated coolant to another housing flow-through.
  • the temperature of the coolant in the radiator feed is compared with the limit temperature of the coolant for switching the thermostatic valve.
  • the temperature of the heated coolant in the radiator feed for comparison with the specific limit temperature can be responded to a critical increase in the coolant temperature of the internal coolant in the engine faster.
  • the temperature measurement is independent of the currently achieved cooling rate of the downstream heat exchanger, which can vary considerably during operation.
  • the thermostatic valve to a check valve which is mounted in a valve seat and is pressed by a spring sealingly against this, and arranged on the shut-off valve push rod which is actuated by an expansion element, which deals with the coolant of the radiator expands in conjunction with the expansion element when the coolant reaches its limit temperature and lifts the shut-off valve out of the valve seat against the pressure of the spring via the push rod.
  • the thermostatic valve has an expansion element, preferably in the form of a wax capsule, which is in contact with the coolant from the radiator feed, compliance with the limit temperature can be monitored without additional electronics.
  • the limit temperature is determined by the material properties of the wax used, which expands upon reaching the limit temperature and thus exerts a force on the push rod arranged thereon.
  • the shut-off valve mounted at the other end of the push rod which is preferably designed as a poppet valve, is pressed by a spring sealingly against a complementary valve seat. When the expansion element now exerts a force on the push rod, the shut-off valve can lift off the valve seat, which opens a guided parallel to the rotary valve flow path.
  • the thermostatic valve on both sides of the shut-off valve arranged and acted upon with coolant chambers, wherein a first chamber with coolant from the radiator return can be acted upon and a second chamber has a fluidic connection to the suction port of the coolant pump.
  • the chambers are preferably designed as cages, so that the coolant as easily as possible can flow in and out.
  • the first chamber is always filled with coolant from the radiator return, while the second chamber usually contains coolant from the rotary valve.
  • a gap is formed between the rotary valve and the rotary valve housing, through which the coolant from the second chamber of the thermostatic valve can flow to the suction port of the coolant pump.
  • the coolant can reach regardless of the current position of the rotary valve through the annular gap formed to the suction port of the coolant pump. Additional radial passage openings in the rotary valve can facilitate the passage of the coolant from the second chamber of the thermostatic valve in the rotary valve.
  • the coolant delivery pump conveys the coolant sucked from the rotary valve into a heating circuit and / or an internal combustion engine intake.
  • a heating heat exchanger and / or a heating feed pump and / or a Schuungsabsperrventil are arranged in the heating circuit.
  • the heating conveyor pump is preferably operated electrically and can thus promote the coolant through the cooling circuit in addition to the coolant supply pump if necessary.
  • the Schuungsabsperrventil can be closed when not required heating power, which causes a faster heating of the refrigerant in the other sub-circuits in normal operation.
  • a further shut-off valve in particular a further rotary valve, is arranged in the internal combustion engine intake.
  • a further shut-off valve in particular a further rotary valve, is arranged in the internal combustion engine intake.
  • the coolant flow to the internal combustion engine can be interrupted and redirected in a targeted manner into the heating circuit.
  • the further shut-off valve is designed as a rotary valve, a rotational movement in dependence on each other can be carried out by a direct or indirect connection with the other rotary valve.
  • the Schuungsabsperrventil when the limit temperature of the coolant is exceeded, the Schuungsabsperrventil is opened, so that the coolant from the coolant supply pump can be promoted via the heater core in the engine. This is particularly necessary if the designed as a rotary valve further shut-off valve in the engine inlet due to a malfunction can no longer pass coolant. In this case, it is necessary to direct a coolant flow from the rotary actuator via the heating circuit back into the internal combustion engine.
  • Fig. 1 is an internal combustion engine 2 with coolant from several sub-circuits, in particular a main cooling circuit 3 and a heating circuit 4, applied.
  • the internal combustion engine 2 consists essentially of a cylinder head and a cylinder crankcase, which are flushed by a located in a water jacket coolant, wherein the resulting heat of combustion of the fuel at least partially passes to the coolant.
  • a fail-safe turntable 1 is arranged, through which the coolant flows of the respective subcircuits 3 and 4 can be controlled as needed.
  • the turntable 1 consists of at least one rotary valve 9 which are rotatably mounted in a rotary valve housing 8.
  • the rotary valve housing has a plurality of housing flow-through openings, which can be brought into at least partial overlap with the corresponding rotary valve flow-through openings 11 of the rotary valve 9 by a rotational movement.
  • a coolant supply pump 5 is arranged, the suction mouth can be acted upon with coolant from the rotary valve 9 and this feeds into the heating circuit 4, and engine inlet 25.
  • the delivery rate of the coolant delivery pump 5 and the distribution of the coolant volume flows in the individual sub-circuits 3 and 4 can be regulated by a rotation of the rotary valve 9 in conjunction with an actuation of the shut-off valve 10 arranged in the engine inlet 25.
  • the shut-off valve 10 can also be designed as a further rotary valve and coupled to the movement of the rotary valve 9.
  • the main cooling circuit 3 passes coolant from the internal combustion engine 2 via the radiator feed 16 to a heat exchanger 14 and a housing throughflow opening of the bypass 30.
  • the coolant exiting from the heat exchanger 14 passes via the radiator return 15 to the housing throughflow opening of the radiator return line 15
  • Position of the first rotary valve 9 with respect to the rotary valve housing 8, the incoming coolant from the bypass 30 and the radiator return 15 with variable flow rate can flow into the rotary valve 9 or is prevented from flowing. This may be the case, for example, in the event of a failure of the rotary valve drive and would lead to inadequate cooling of the connected internal combustion engine 2 to lead.
  • the rotary valve 9 is associated with a thermostatic valve 13, which opens a parallel flow path, bypassing the rotary valve 9, if necessary, especially when exceeding the limit temperature of the coolant in the radiator feed 16.
  • the coolant delivery pump 5 conveys the coolant into the engine inlet 25 and the heating circuit 4, wherein the heating circuit 4 consists of a Schuungsabsperrventil 27, a Schuungs fundamentalpumpe 29 and a heater core 26.
  • the Schuungsabsperrventil 27 is preferably open in emergency mode and the electrically driven heating conveyor pump 29 may provide additional capacity at 5 too low flow rate of the coolant supply pump.
  • Fig. 2 includes a fail-safe turntable 1 for a coolant circuit a rotary valve housing 8, in which a rotary valve 9 is rotatably mounted.
  • the rotary valve housing 8 has a plurality of housing through-flow openings 6 and 7, in particular a housing throughflow opening 6, which can be acted upon by coolant from the radiator return 15, and a housing throughflow opening 7, which can be acted upon with coolant from the bypass 30, wherein the bypass 30th branches off from the radiator feed 16.
  • the rotary valve 9 has a plurality of rotary valve flow-through openings 11 and 12, in particular a rotary valve flow passage 11, which is associated with the housing flow passage of the radiator return 15, and a rotary valve flow passage 12 which is associated with the housing flow-through opening of the bypass 30, wherein a rotary movement of the rotary valve 9, the rotary valve flow openings 11 and / or 12 are brought into at least partially overlap with the housing flow openings 6 and / or 7 can.
  • a thermostatic valve 13 is arranged, which is designed as a wax capsule expansion element 21 is disposed in the radiator feed 16 and expands when a specific limit temperature of the coolant is exceeded.
  • a push rod 20 is arranged, which carries a terminal shut-off valve 17 which is pressed by a spring 19 sealingly against a valve seat 18.
  • a first chamber 22 below the check valve 17 fluidly communicates with the radiator return 15 and a second chamber 23 above the check valve 17, regardless of the current position of the rotary valve 9, with the suction mouth 24 a coolant supply pump 5 is fluidically connected.
  • Fig. 3 has a fail-safe turntable for a coolant circuit a rotary valve housing 8, in which a rotary valve 9 is rotatably mounted.
  • the rotary valve housing 8 has a plurality of housing through-flow openings 6 and 7, in particular a housing flow-through opening 6, which can be acted upon by coolant from the radiator return 15, and a housing flow-through opening 7, which can be acted upon by coolant from the bypass 30.
  • the rotary valve 9 has a plurality of rotary valve flow-through openings 11 and 12, in particular a rotary valve flow-through opening 11 for the radiator return 15 and a rotary valve flow passage 12 for the bypass 30, wherein by a rotation of the rotary valve 9, the rotary valve flow openings 11 and / or 12 in at least partially overlap with the housing flow openings 6 and / or 7 can be brought.
  • Overlaps as in Fig. 3a illustrated at least one rotary valve flow-through opening 11 or 12 with at least one housing flow-through opening 6 or 7, so coolant can penetrate into the rotary valve 9 and sucked from the suction port 24 of the coolant supply pump 5. Overlaps as in Fig.
  • a thermostatic valve 13 is arranged on the rotary valve 9, which opens or closes depending on the temperature of the coolant present in a radiator inlet, in particular closes at a temperature below a limit temperature ( Fig. 3a ) and at a temperature above a limit temperature opens ( Fig. 3b ).
  • a shut-off valve 17 is pressed by a spring 19 sealingly against the valve seat 18.
  • an expansion element presses the shut-off valve 17 out of the valve seat 18 via a push rod 20, resulting in an alternative flow path for the coolant.
  • the coolant from the radiator return 15 from the first chamber 22 into the second chamber 23 of the thermostatic valve 13 and pass from there through the gap between the rotary valve 9 and rotary valve housing 8 to the suction port 24 of the coolant supply pump 5.

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Description

  • Ausfallsicherer Drehsteller für einen Kühlmittelkreislauf zur Vermeidung von Schäden an einer Brennkraftmaschine infolge unzureichender Kühlleistung bei einem Ausfall des Drehstellers.
  • Derartige ausfallsichere Drehsteller werden vorzugsweise zur Bereitstellung eines Notlaufbetriebs des Kühlmiftelkreislaufs einer Brennkraftmaschine eingesetzt, wenn das durch den Drehsteller gesteuerte Kühlmittel aufgrund einer Fehlfunktion des Drehstellers nicht mehr zur ordnungsgemäßen Kühlung der Brennkraftmaschine ausreicht.
  • Die DE 102 43 778 A1 zeigt eine Stelleinrichtung mit einem elektromotorischen Drehantrieb, durch den ein Stellelement, insbesondere ein Drehschieber eines Drehschieberventils, um eine Drehachse zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung drehbar antreibbar und von einer Feder aus der ersten Endstellung heraus beaufschlagbar ist. Der elektromotorische Drehantrieb ist dabei als Reversierantrieb ausgebildet und die Federbeauschlagung des Stellelements ist nur zwischen der ersten Endstellung und einer Zwischenstellung wirksam, wobei die Zwischenstellung zwischen der ersten Endstellung und der zweiten Endstellung liegt. Ist das als Drehschieberventil ausgebildete Stellelement ein Regelventil in einem Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors, so wird durch die aus der Federbeaufschlagung des Stellelements resultierende Verdrehung des Stellelements bei Ausfall des elektromotorischen Drehantriebs, eine Kühlung des Verbrennungsmotors im Notlaufbetrieb aufrechterhalten.
  • Nachteilig an der gezeigten Stelleinrichtung ist jedoch, dass der Notlaufbetrieb aufgrund der ständig vorhandenen Federbeaufschlagung des Stellelements unmittelbar nach Ausfall des Drehantriebs eingeleitet wird. Dadurch kann sich das Kühlmedium, je nach Umgebungstemperatur, Motorlast und Fahrgeschwindigkeit, nicht mehr bis zur Betriebstemperatur aufheizen, woraus ein Wirkungsgradverlust des Verbrennungsmotors während des Notlaufbetriebs resultiert.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher einen ausfallsicheren Drehsteller für einen Kühlmittelkreislauf bereitzustellen, der bedarfsgesteuert einen Notlaufbetrieb für den Kühlmittelkreislauf einleiten kann.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Ein ausfallsicherer Drehsteller für einen Kühlmittelkreislauf, insbesondere für einen mehrere Teilkreisläufe aufweisenden Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine, hat eine Kühlmittelförderpumpe zur Umwälzung des Kühlmittels innerhalb des Kühlmittelkreislaufs, sowie ein mehrere Gehäuse-Durchströmöffnungen aufweisendes Drehschiebergehäuse, in dem mindestens ein Drehschieber mit wenigstens einer Drehschieber-Durchströmöffnung drehbeweglich gelagert ist, wobei die Gehäuse-Durchströmöffnungen mit wenigstens einem Teilkreislauf strömungstechnisch verbunden sind und durch eine Drehbewegung des Drehschiebers in zumindest teilweise Überschneidung mit den Drehschieber-Durchströmöffnungen gebracht werden können und wobei ein Thermostatventil bei Überschreiten einer Grenztemperatur des Kühlmittels einen parallel zum Drehschieber geführten Strömungspfad von einem der Teilkreisläufe zu der Kühlmittelförderpumpe öffnet.
  • Indem parallel zum Drehschieber ein temperaturabhängig schaltbares Thermostatventil angeordnet ist, kann bei einem Ausfall der Drehschiebersteuerung ein Notlaufbetrieb dadurch gewährleistet werden, dass das Thermostatventil für das Kühlmittel einen alternativen Strömungspfad zur Kühlmittelförderpumpe öffnet. Durch die temperaturabhängige Schaltung des Thermostatventils wird dieser Strömungspfad nur geschaltet, wenn die Temperatur des Kühlmittels eine für den Betrieb der Brennkraftmaschine kritische Grenztemperatur erreicht hat. Dadurch wird die Brennkraftmaschine trotz einer Funktionsstörung des Drehstellers nicht am Erreichen der Betriebstemperatur gehindert, was zu einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Emissionen beiträgt. Darüber hinaus ist der Drehsteller sehr robust, da keine für den Notlaufbetrieb benötigten Bauteile direkt an dem Drehschieber angreifen, was eine leichte Beweglichkeit des Drehschiebers und einen geringen Bauteilverschleiß ermöglicht. Auch das Thermostatventil weist einen sehr geringen Verschleiß auf, da es nur sehr selten betätigt werden muss.
  • In einer bevorzugten Ausführung leitet ein Kühlervorlauf Kühlmittel aus der Brennkraftmaschine zu einem Wärmetauscher und ein Kühlerrücklauf leitet das aus dem Wärmetauscher austretende Kühlmittel zu dem Drehschieber. Das von der Brennkraftmaschine erwärmte Kühlmittel wird durch den Kühlervorlauf an den Wärmetauscher geleitet, in welchem es sich abkühlen kann. Das aus dem Wärmetauscher austretende, abgekühlte Kühlmittel wird über den Kühlerrücklauf an die entsprechende Gehäuse-Durchströmöffnung des Drehschiebers geleitet. Von dem Kühlervorlauf kann auch ein Bypass abzweigen und erwärmtes Kühlmittel zu einer weiteren Gehäuse-Durchströmöffnung leiten. Durch eine Verdrehung des Drehschiebers können dessen Drehschieber-Durchströmöffnungen mit den entsprechenden Gehäuse-Durchströmöffnungen in zumindest teilweise Überschneidung gebracht werden. Somit ist es möglich den Anteil des in den Drehschieber einströmenden Kühlmittels aus dem Bypass und dem Kühlerrücklauf genau einzuregeln.
  • In einer bevorzugten Ausführung wird zur Schaltung des Thermostatventils die Temperatur des Kühlmittels im Kühlervorlauf mit der Grenztemperatur des Kühlmittels verglichen. Indem die Temperatur des erwärmten Kühlmittels im Kühlervorlauf zum Vergleich mit der spezifischen Grenztemperatur herangezogen wird, kann schneller auf eine kritische Erhöhung der Kühlmitteltemperatur des in der Brennkraftmaschine befindlichen Kühlmittels reagiert werden. Weiterhin ist die Temperaturmessung dadurch unabhängig von der momentan erzielten Abkühlrate des nachgeschalteten Wärmetauschers, die im Betrieb erheblich variieren kann.
  • In einer bevorzugten Ausführung weist das Thermostatventil ein Absperrventil auf, das in einem Ventilsitz gelagert ist und von einer Feder dichtend gegen diesen gedrückt wird, sowie eine an dem Absperrventil angeordnete Schubstange, die von einem Dehnelement betätigbar ist, wobei sich das mit dem Kühlmittel des Kühlervorlaufs in Verbindung stehende Dehnelement bei Erreichen der Grenztemperatur des Kühlmittels ausdehnt und über die Schubstange das Absperrventil gegen den Druck der Feder aus dem Ventilsitz hebt. Indem das Thermostatventil ein Dehnelement, vorzugsweise in Form einer Wachskapsel, aufweist, welches in Kontakt mit dem Kühlmittel aus dem Kühlervorlauf steht, kann ohne zusätzliche Elektronik die Einhaltung der Grenztemperatur überwacht werden. Die Grenztemperatur wird vielmehr durch die Materialeigenschaften des verwendeten Wachses bestimmt, welches sich bei Erreichen der Grenztemperatur ausdehnt und somit eine Kraft auf die daran angeordnete Schubstange ausübt. Das am anderen Ende der Schubstange montierte Absperrventil, welches vorzugsweise als Tellerventil ausgebildet ist, wird von einer Feder dichtend gegen einen komplementären Ventilsitz gedrückt. Wenn das Dehnelement nun eine Kraft auf die Schubstange ausübt, kann sich das Absperrventil aus dem Ventilsitz abheben, was einen parallel zum Drehschieber geführten Strömungspfad eröffnet.
  • In einer bevorzugten Ausführung weist das Thermostatventil beiderseitig des Absperrventils angeordnete und mit Kühlmittel beaufschlagbare Kammern auf, wobei eine erste Kammer mit Kühlmittel aus dem Kühlerrücklauf beaufschlagbar ist und eine zweite Kammer eine strömungstechnische Verbindung zum Saugmund der Kühlmittelförderpumpe aufweist. Die Kammern sind vorzugsweise als Käfige ausgebildet, so dass das Kühlmittel möglichst leicht ein- und ausströmen kann. Die erste Kammer ist dabei stets mit Kühlmittel aus dem Kühlerrücklauf befüllt, während die zweite Kammer meist Kühlmittel aus dem Drehschieber enthält.
  • In einer bevorzugten Ausführung ist zwischen dem Drehschieber und dem Drehschiebergehäuse ein Spalt ausgebildet, durch den das Kühlmittel aus der zweiten Kammer des Thermostatventils zum Saugmund der Kühlmittelförderpumpe strömen kann. Das Kühlmittel kann dabei unabhängig von der momentanen Stellung des Drehschiebers durch den gebildeten Ringspalt zum Saugmund der Kühlmittelförderpumpe gelangen. Zusätzliche radiale Durchgangsöffnungen im Drehschieber können den Übertritt des Kühlmittels aus der zweiten Kammer des Thermostatventils in den Drehschieber erleichtern.
  • In einer bevorzugten Ausführung fördert die Kühlmittelförderpumpe das aus dem Drehschieber angesaugte Kühlmittel in einen Heizungskreislauf und/oder einen Brennkraftmaschinen-Zulauf.
  • In einer bevorzugten Ausführung sind in dem Heizungskreislauf ein Heizungswärmetauscher und/oder eine Heizungsförderpumpe und/oder ein Heizungsabsperrventil angeordnet. Indem das Kühlmittel zusätzlich zu dem Wärmetauscher auch noch den Heizungswärmetauscher durchströmt, vergrößert sich die verfügbare Kühlfläche. Die Heizungsförderpumpe ist vorzugsweise elektrisch betrieben und kann somit im Bedarfsfall zusätzlich zur Kühlmittelförderpumpe das Kühlmittel durch den Kühlkreislauf fördern. Das Heizungsabsperrventil kann bei nicht benötigter Heizleistung geschlossen werden, was im normalen Betrieb ein schnelleres Aufheizen des Kühlmittels in den übrigen Teilkreisläufen bewirkt.
  • In einer bevorzugten Ausführung ist in dem Brennkraftmaschinen-Zulauf ein weiteres Absperrventil, insbesondere ein weiterer Drehschieber, angeordnet. Durch die Anordnung eines weiteren Absperrventils im Brennkraftmaschinen-Zulauf kann der Kühlmittelstrom zur Brennkraftmaschine im Bedarfsfall unterbrochen und gezielt in den Heizkreislauf umgeleitet werden. Indem das weitere Absperrventil als Drehschieber ausgebildet ist, kann durch eine direkte oder indirekte Verbindung mit dem anderen Drehschieber eine Drehbewegung in Abhängigkeit voneinander ausgeführt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführung wird bei Überschreiten der Grenztemperatur des Kühlmittels das Heizungsabsperrventil geöffnet, so dass das Kühlmittel aus der Kühlmittelförderpumpe über den Heizungswärmetauscher in die Brennkraftmaschine gefördert werden kann. Dies ist insbesondere dann nötig, wenn das als Drehschieber ausgebildete weitere Absperrventil im Brennkraftmaschinen-Zulauf aufgrund einer Fehlfunktion kein Kühlmittel mehr durchleiten kann. In diesem Fall ist es nötig einen Kühlmittelstrom aus dem Drehsteller über den Heizkreislauf zurück in die Brennkraftmaschine zu leiten.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
  • Darin zeigen:
    • Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung eines ausfallsicheren Drehstellers in dem Kühlmittelkreislauf;
    • Fig. 2 eine Schnittansicht eines ausfallsicheren Drehstellers;
    • Fig. 3 eine Schnittansicht eines ausfallsicheren Drehstellers mit geschlossenem (Fig. 3a) und geöffnetem (Fig. 3b) Thermostatventil;
  • Gemäß Fig. 1 wird eine Brennkraftmaschine 2 mit Kühlmittel aus mehreren Teilkreisläufen, insbesondere einem Hauptkühlkreislauf 3 und einem Heizkreislauf 4, beaufschlagt. Die Brennkraftmaschine 2 besteht im Wesentlichen aus einem Zylinderkopf und einem Zylinderkurbelgehäuse, die von einem in einem Wassermantel befindlichen Kühlmittel durchspült werden, wobei die bei der Verbrennung des Kraftstoffs entstehende Wärmemenge zumindest teilweise auf das Kühlmittel übergeht. In dem Kühlkreislauf ist ein ausfallsicherer Drehsteller 1 angeordnet, durch den die Kühlmittelströme der jeweiligen Teilkreisläufe 3 bzw. 4 bedarfsgerecht gesteuert werden können. Der Drehsteller 1 besteht aus mindestens einem Drehschieber 9 der in einem Drehschiebergehäuse 8 drehbar gelagert sind. Das Drehschiebergehäuse weist eine Vielzahl von Gehäuse-Durchströmöffnungen auf, die mit den entsprechenden Drehschieber-Durchströmöffnungen 11 des Drehschiebers 9 durch eine Drehbewegung in zumindest teilweise Überschneidung gebracht werden können. In dem Drehsteller 1 ist eine Kühlmittelförderpumpe 5 angeordnet, deren Saugmund mit Kühlmittel aus dem Drehschieber 9 beaufschlagt werden kann und dieses in den Heizungskreislauf 4, sowie Brennkraftmaschinen-Zulauf 25 einspeist. Die Förderleistung der Kühlmittelförderpumpe 5 und die Verteilung der Kühlmittelvolumenströme in den einzelnen Teilkreisläufen 3 und 4 sind durch eine Verdrehung des Drehschiebers 9 in Verbindung mit einer Betätigung des im Brennkraftmaschinen-Zulauf 25 angeordneten Absperrventils 10 regulierbar. Das Absperrventil 10 kann dabei ebenso als weiterer Drehschieber ausgebildet und an die Bewegung des Drehschiebers 9 gekoppelt sein. Der Hauptkühlkreislauf 3 leitet Kühlmittel aus der Brennkraftmaschine 2 über den Kühlervorlauf 16 an einen Wärmetauscher 14 und eine Gehäuse-Durchströmöffnung des Bypasses 30. Das aus dem Wärmetauscher 14 austretende Kühlmittel gelangt über den Kühlerrücklauf 15 zu der Gehäuse-Durchströmöffnung des Kühlerrücklaufs 15. In Abhängigkeit der Stellung des ersten Drehschiebers 9 bezüglich des Drehschiebergehäuses 8 kann das ankommende Kühlmittel aus dem Bypass 30 und dem Kühlerrücklauf 15 mit variabler Durchflussrate in den Drehschieber 9 einströmen oder wird am einströmen gehindert. Dies kann beispielsweise bei einem Ausfall des Drehschieberantriebs der Fall sein und würde zu einer nicht ausreichenden Kühlung der angeschlossenen Brennkraftmaschine 2 führen. Daher ist dem Drehschieber 9 ein Thermostatventil 13 zugeordnet, welches bei Bedarf, insbesondere bei einer Überschreitung der Grenztemperatur des Kühlmittels im Kühlervorlauf 16, einen parallelen Strömungspfad unter Umgehung des Drehschiebers 9 öffnet. Bei einem geöffneten Thermostatventil 13 kann das Kühlmittel aus dem Kühlerrücklauf 15 unter Umgehung des Drehschiebers 9 zum Saugmund 24 der Kühlmittelförderpumpe 5 gelangen. Die Kühlmittelförderpumpe 5 fördert das Kühlmittel in den Brennkraftmaschinen-Zulauf 25 und den Heizungskreislauf 4, wobei der Heizungskreislauf 4 aus einem Heizungsabsperrventil 27, einer Heizungsförderpumpe 29 und einem Heizungswärmetauscher 26 besteht. Das Heizungsabsperrventil 27 ist vorzugsweise im Notlaufbetrieb geöffnet und die elektrisch antreibbare Heizungsförderpumpe 29 kann bei einer zu geringen Förderleistung der Kühlmittelförderpumpe 5 zusätzliche Förderleistung bereitstellen. Somit kann unabhängig von der momentanen Stellung des Drehschiebers 9 und des Absperrventils 10 ein Kühlmittelstrom durch den Wärmetauscher 14 und/oder den Heizungswärmetauscher 26 aufrecht erhalten werden.
  • Gemäß Fig. 2 umfasst ein ausfallsicherer Drehsteller 1 für einen Kühlmittelkreislauf ein Drehschiebergehäuse 8, in dem ein Drehschieber 9 drehbeweglich gelagert ist. Das Drehschiebergehäuse 8 hat mehrere Gehäuse-Durchströmöffnungen 6 und 7, insbesondere eine Gehäuse-Durchströmöffnung 6, die mit Kühlmittel aus dem Kühlerrücklauf 15 beaufschlagbar ist, und eine Gehäuse-Durchströmöffnung 7, die mit Kühlmittel aus dem Bypass 30 beaufschlagbar ist, wobei der Bypass 30 von dem Kühlervorlauf 16 abzweigt. Der Drehschieber 9 hat mehrere Drehschieber-Durchströmöffnungen 11 und 12, insbesondere eine Drehschieber-Durchströmöffnung 11, die der Gehäuse-Durchströmöffnung des Kühlerrücklaufs 15 zugeordnet ist, und eine Drehschieber-Durchströmöffnung 12, die der Gehäuse-Durchströmöffnung des Bypasses 30 zugeordnet ist, wobei durch eine Drehbewegung des Drehschiebers 9 die Drehschieber-Durchströmöffnungen 11 und/oder 12 in zumindest teilweise Überschneidung mit den Gehäuse-Durchströmöffnungen 6 und/oder 7 gebracht werden können. An dem Drehschieber 9 ist ein Thermostatventil 13 angeordnet, dessen als Wachskapsel ausgebildetes Dehnelement 21 in dem Kühlervorlauf 16 angeordnet ist und sich bei Überschreiten einer spezifischen Grenztemperatur des Kühlmittels ausdehnt. An das Dehnelement 21 ist eine Schubstange 20 angeordnet, die ein endständiges Absperrventil 17 trägt, welches von einer Feder 19 dichtend gegen einen Ventilsitz 18 gedrückt wird. Beiderseits des Absperrventils 17 sind Kammern 22 und 23 ausgebildet, wobei eine erste Kammer 22 unterhalb des Absperrventils 17 strömungstechnisch mit dem Kühlerrücklauf 15 in Verbindung steht und eine zweite Kammer 23 oberhalb des Absperrventils 17, unabhängig von der momentanen Stellung des Drehschiebers 9, mit dem Saugmund 24 einer Kühlmittelförderpumpe 5 strömungstechnisch in Verbindung steht.
  • Gemäß Fig. 3 hat ein ausfallsicherer Drehsteller für einen Kühlmittelkreislauf ein Drehschiebergehäuse 8, in dem ein Drehschieber 9 drehbeweglich gelagert ist. Das Drehschiebergehäuse 8 hat mehrere Gehäuse-Durchströmöffnungen 6 und 7, insbesondere eine Gehäuse-Durchströmöffnung 6, die mit Kühlmittel aus dem Kühlerrücklauf 15 beaufschlagbar ist, und eine Gehäuse-Durchströmöffnung 7, die mit Kühlmittel aus dem Bypass 30 beaufschlagbar ist. Der Drehschieber 9 hat mehrere Drehschieber-Durchströmöffnungen 11 und 12, insbesondere eine Drehschieber-Durchströmöffnung 11 für den Kühlerrücklauf 15 und eine Drehschieber-Durchströmöffnung 12 für den Bypass 30, wobei durch eine Verdrehung des Drehschiebers 9 die Drehschieber-Durchströmöffnungen 11 und/oder 12 in zumindest teilweise Überschneidung mit den Gehäuse-Durchströmöffnungen 6 und/oder 7 gebracht werden können. Überschneidet sich wie in Fig. 3a dargestellt zumindest eine Drehschieber-Durchströmöffnung 11 oder 12 mit zumindest einer Gehäuse-Durchströmöffnung 6 oder 7, so kann Kühlmittel in den Drehschieber 9 eindringen und vom Saugmund 24 der Kühlmittelförderpumpe 5 angesaugt werden. Überschneidet sich wie in Fig. 3b keine der Drehschieber-Durchströmöffnungen 11 oder 12 mit einer Gehäuse-Durchströmöffnung 6 oder 7, so kann kein Kühlmittel in den Drehschieber 9 und somit auch nicht zum Saugmund 24 der Kühlmittelförderpumpe 5 gelangen. Dies kann beispielsweise bei einem Ausfall des Drehschieberantriebs der Fall sein und würde zu einer nicht ausreichenden Kühlung der angeschlossenen Brennkraftmaschine führen. Daher ist an dem Drehschieber 9 ein Thermostatventil 13 angeordnet, welches in Abhängigkeit der Temperatur des in einem Kühlervorlauf befindlichen Kühlmittels öffnet oder schließt, insbesondere bei einer Temperatur unterhalb einer Grenztemperatur schließt ( Fig. 3a ) und bei einer Temperatur oberhalb einer Grenztemperatur öffnet ( Fig. 3b ). Dazu wird ein Absperrventil 17 von einer Feder 19 dichtend gegen den Ventilsitz 18 gedrückt. Bei Überschreiten der Grenztemperatur drückt ein Dehnelement über eine Schubstange 20 das Absperrventil 17 aus dem Ventilsitz 18, wodurch sich ein alternativer Strömungspfad für das Kühlmittel ergibt. In diesem Fall kann das Kühlmittel aus dem Kühlerrücklauf 15 von der ersten Kammer 22 in die zweite Kammer 23 des Thermostatventils 13 übertreten und von dort über den Spalt zwischen Drehschieber 9 und Drehschiebergehäuse 8 zu dem Saugmund 24 der Kühlmittelförderpumpe 5 strömen. Alternativ ist es möglich den Drehschieber 9 in diesem Bereich mit weiteren radial verteilten Durchströmöffnungen zu versehen, durch die das Kühlmittel aus der zweiten Kammer leichter in den Drehschieber 9 eindringen kann, was eine bessere Förderleistung der Kühlmittelförderpumpe 5 im Notlaufbetrieb ermöglicht.
    • Liste der Bezugszeichen:
    • 1
    Drehsteller
    2
    Brennkraftmaschine
    3
    Hauptkühlkreislauf
    4
    Heizungskreislauf
    5
    Kühlmittelförderpumpe
    6
    Gehäuse-Durchströmöffnung Kühlerrücklauf
    7
    Gehäuse-Durchströmöffnung Bypass
    8
    Drehschiebergehäuse
    9
    Drehschieber
    10
    Drehschieber im Brennkraftmaschinen-Zulauf
    11
    Drehschieber-Durchströmöffnung Kühlerrücklauf
    12
    Drehschieber-Durchströmöffnung Bypass
    13
    Thermostatventil
    14
    Wärmetauscher
    15
    Kühlerrücklauf
    16
    Kühlervorlauf
    17
    Absperrventil
    18
    Ventilsitz
    19
    Feder
    20
    Schubstange
    21
    Dehnelement
    22
    erste Kammer
    23
    zweite Kammer
    24
    Saugmund
    25
    Brennkraftmaschinen-Zulauf
    26
    Heizungswärmetauscher
    27
    Heizungsabsperrventil
    29
    Heizungsförderpumpe
    30
    Bypass

Claims (10)

  1. Ausfallsicherer Drehsteller (1) für einen Kühlmittelkreislauf, insbesondere für einen mehrere Teilkreisläufe (3, 4) aufweisenden Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine (2), mit einer Kühlmittelförderpumpe (5) zur Umwälzung des Kühlmittels innerhalb des Kühlmittelkreislaufs, sowie mit einem mehrere Gehäuse-Durchströmöffnungen (6, 7) aufweisenden Drehschiebergehäuse (8), in dem mindestens ein Drehschieber (9) mit wenigstens einer Drehschieber-Durchströmöffnung (11, 12) drehbeweglich gelagert ist, wobei die Gehäuse-Durchströmöffnungen (6, 7) mit wenigstens einem Teilkreislauf (3, 4) strömungstechnisch verbunden sind und durch eine Drehbewegung des Drehschiebers (9) in zumindest teilweise Überschneidung mit den Drehschieber-Durchströmöffnungen (11, 12) gebracht werden können, Dadurch gekennzeichnet, dass ein Thermostatventil (13) bei Überschreiten einer Grenztemperatur des Kühlmittels einen parallel zum Drehschieber (9) geführten Strömungspfad von einem der Teilkreisläufe (3, 4) zu der Kühlmittelförderpumpe (5) öffnet.
  2. Ausfallsicherer Drehsteller für einen Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlervorlauf (16) Kühlmittel aus der Brennkraftmaschine (2) zu einem Wärmetauscher (14) leitet und ein Kühlerrücklauf (15) das aus dem Wärmetauscher (14) austretende Kühlmittel zu dem Drehschieber (9) leitet.
  3. Ausfallsicherer Drehsteller für einen Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schaltung des Thermostatventils (13) die Temperatur des Kühlmittels im Kühlervorlauf (16) mit der Grenztemperatur des Kühlmittels verglichen wird.
  4. Ausfallsicherer Drehsteller für einen Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermostatventil (13) ein Absperrventil (17) aufweist, das in einem Ventilsitz (18) gelagert ist und von einer Feder (19) dichtend gegen diesen gedrückt wird, sowie eine an dem Absperrventil (17) angeordnete Schubstange (20), die von einem Dehnelement (21) betätigbar ist, wobei sich das mit dem Kühlmittel des Kühlervorlaufs (16) in Verbindung stehende Dehnelement (21) bei Erreichen der Grenztemperatur des Kühlmittels ausdehnt und über die Schubstange (20) das Absperrventil (17) gegen den Druck der Feder (19) aus dem Ventilsitz. (18) hebt.
  5. Ausfallsicherer Drehsteller für einen Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermostatventil (13) beiderseitig des Absperrventils (17) angeordnete und mit Kühlmittel beaufschlagbare Kammern (22, 23) aufweist, wobei eine erste Kammer (22) mit Kühlmittel aus dem Kühlerrücklauf (15) beaufschlagbar ist und eine zweite Kammer (23) eine strömungstechnische Verbindung zum Saugmund (24) der Kühlmittelförderpumpe (5) aufweist.
  6. Ausfallsicherer Drehsteller für einen Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Drehschieber (9) und dem Drehschiebergehäuse (8) ein Spalt ausgebildet ist, durch den das Kühlmittel aus der zweiten Kammer (23) des Thermostatventils (13) zum Saugmund (24) der Kühlmittelförderpumpe (5) strömen kann.
  7. Ausfallsicherer Drehsteller für einen Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelförderpumpe (5) das aus dem Drehschieber (9) angesaugte Kühlmittel in einen Heizungskreislauf (4) und/oder einen Brennkraftmaschinen-Zulauf (25) fördert.
  8. Ausfallsicherer Drehsteller für einen Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Heizungskreislauf (4) ein Heizungswärmetauscher (26) und/oder eine Heizungsförderpumpe (29) und/oder ein Heizungsabsperrventil (27) angeordnet sind.
  9. Ausfallsicherer Drehsteller für einen Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Brennkraftmaschinen-Zulauf (25) ein weiteres Absperrventil (10), insbesondere ein weiterer Drehschieber, angeordnet ist.
  10. Ausfallsicherer Drehsteller für einen Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten der Grenztemperatur des Kühlmittels das Heizungsabsperrventil (27) geöffnet wird, so dass das Kühlmittel- aus der Kühlmitielfiörderpumpe (5) über den Heizungswärmetauscher (26) in die Brennkraftmaschine (2) gefördert werden kann.
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