WO2010102773A1 - Selbstregelndes thermostatventil sowie kühlsystem für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2010102773A1
WO2010102773A1 PCT/EP2010/001440 EP2010001440W WO2010102773A1 WO 2010102773 A1 WO2010102773 A1 WO 2010102773A1 EP 2010001440 W EP2010001440 W EP 2010001440W WO 2010102773 A1 WO2010102773 A1 WO 2010102773A1
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temperature
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fluid
engine oil
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Uwe Haas
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    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
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    • F01P7/14Controlling of coolant flow the coolant being liquid
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2037/00Controlling
    • F01P2037/02Controlling starting

Definitions

  • the invention relates to a self-regulating thermostatic valve according to the preamble of claim 1, as well as a cooling system for an internal combustion engine according to the preamble of claim 9.
  • cooling water-cooled motor vehicle internal combustion engines whose cooling systems usually comprise a coolant circuit with a leading from the engine to a main radiator feed line, leading from the main radiator to the engine return line, a coolant pump and a wehnstoffge- driven thermostatic valve for controlling the temperature of the recirculated to the engine coolant.
  • a coolant pump for controlling the temperature of the recirculated to the engine coolant.
  • an additional heat exchanger through which the coolant and the engine oil of the internal combustion engine flow, is often provided, which is generally referred to as engine oil cooler.
  • Such an engine oil cooler is flowed through by both the engine oil and the coolant, it ensures a direct coupling or dependence between the temperatures of the engine oil or coolant flowing through the engine oil cooler. That is, the higher the temperature of one, the higher the temperature of the other is usually.
  • a so-called map thermostat control is often used to reduce fuel consumption.
  • a map-controlled thermostatic valve is used, in which the expansion element is electrically heatable.
  • This Thermostat valve has in its set in partial load mode de-energized state, a high control temperature to provide by the above-described coupling between the coolant and engine oil temperature for a high engine oil temperature.
  • the expansion element for heating power can be supplied, whereby the valve is opened further and the internal combustion engine to lower the coolant temperature in the cylinder head more cold coolant is supplied from the radiator.
  • the present invention seeks to develop a self-regulating thermostatic valve of the type mentioned, which can be used in cooling systems of internal combustion engines to avoid complex control over maps and associated high component loads and the aforementioned conflict between the desire for high engine oil temperatures in partial load operation and low coolant temperatures in full load operation better.
  • thermostatic valve automatically minimizes the flow rate when the fluid has a predetermined target temperature, and that the thermostatic valve automatically increases the flow rate with increasing deviation from the target temperature, wherein the flow rate is preferably approximately proportional to Deviation from the setpoint temperature increases and decreases again as the temperature of the fluid approaches the setpoint temperature.
  • the flow rate from the thermostatic valve is advantageously increased not only when the temperature of the fluid rises above the target temperature, but also when the temperature of the fluid drops below the target temperature.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the thermostatic valve has a throttle element which is movable through a cross-sectional constriction of the flow channel, which is located within the cross-sectional constriction when the fluid has the predetermined target temperature, and which moves in a direction beyond the cross-sectional constriction, if the Temperature of the fluid rises above the setpoint temperature.
  • the throttle element advantageously moves in the opposite direction beyond the cross-sectional constriction.
  • this is designed according to a further preferred embodiment of the invention as a hose thermostatic valve, wherein the throttle element is moved by expansion or contraction of a flow channel arranged expansion or expansion element in the longitudinal direction of the flow channel through the cross-sectional constriction.
  • the coolant circuit comprises such a thermostatic valve, which is preferably arranged behind a traversed by engine oil and a coolant of the engine engine oil cooler in the flow path of the coolant.
  • thermostatic valve according to the invention it is possible to realize both due to high engine oil temperatures reduction of fuel consumption in part-load operation and low coolant temperatures in full load operation. In addition, can be reduced by waiving elaborate electrically heated map thermostats and a complex application, the production cost of the cooling system and the susceptibility of the cooling system can be reduced due to the simple and robust design of the thermostatic valve.
  • an installation of the thermostatic valve according to the invention in a cooling system of an already running internal combustion engine is readily possible, as well as a quick engine oil warm-up, which is carried out in the same manner as with known engine oil cooler by cold engine, the flow of engine oil due to the high flow resistance of Engine oil cooler is passed back over a bypass valve on the engine oil cooler over into the internal combustion engine.
  • thermostatic valve is arranged together with the motor oil cooler in a flowing through the coolant connecting line between a leading from the engine to a main cooler feed line and leading from the main cooler to the engine return line.
  • the coolant flows from the return line through the engine oil cooler in the flow line
  • the thermostatic valve is arranged in the flow direction of the coolant behind the engine oil cooler in the connecting line in order for a direct coupling between the temperature of the thermostat valve flowing coolant and the temperature of the engine oil in the engine oil cooler to provide.
  • the main radiator branch of the coolant circuit expediently comprises, in a known manner, a self-regulating, expandable main thermostatic valve arranged in the return line and connected to the flow line.
  • Figure 1 is a simplified schematic representation of a cooling water circuit of a cooling system of an internal combustion engine of a motor vehicle with an engine oil cooler and a self-regulating thermostatic valve for controlling the temperature of the cooling water flowing through the engine oil cooler.
  • Fig. 2 is an enlarged schematic representation of the thermostatic valve.
  • the cooling system 1 shown in FIG. 1 of a water-cooled 8-cylinder internal combustion engine 2 of a motor vehicle comprises a cooling circuit 3 serving for cooling the internal combustion engine 2 and a heating circuit 4 serving to heat an interior of the motor vehicle, both of which are in the form of a coolant Cooling water and additives are flowed through.
  • the cooling circuit 3 comprises a main water cooler 6 equipped with two fans 5, a supply line 8 leading from the internal combustion engine 2 to a radiator inlet 7 of the main water cooler 6, a return line 10 leading from a radiator outlet 9 of the main water cooler 6 back to the internal combustion engine 2 with a main thermostatic valve 11 and one Main water pump 12, a leading from the flow line 8 to the main thermostatic valve 10 bypass line 13, connected through a vent line 14 to the main water cooler 6 and through a return line 15 to the main thermostatic valve 11 reservoir 16, and a motor oil cooler 17 and a self-regulating thermostatic valve 18 in a behind the main water pump 12 from the return line 10 branching and behind the junction of the bypass line 13 into the flow line 8 opening connecting line 19 are arranged.
  • the connecting line 19 with the engine oil cooler 17 and the thermostatic valve 18 is referred to in this patent application as engine oil cooler branch of the cooling circuit 3, while the supply line 8, the main water cooler 6 and the return line 10 with the main thermostatic valve 11 and the coolant pump 12 referred to as the main cooler branch of the cooling circuit 3 become.
  • the heating circuit 4 comprises a heating heat exchanger 20, which is connected by a heating flow 21 with the flow line 8 and the bypass line 13 and by a heating return 22 with the leading from the surge tank 16 to the main thermostatic valve 11 return line 15.
  • the self-regulating thermostatic valve 18 has an expanded tubular housing 23 through which cooling water defines a flow channel for the cooling water and an inlet 24 disposed on the side of the engine oil cooler 18 and one on the side of the flow line 8 arranged outlet 25 has.
  • the inlet 24 and the outlet 25 are each bounded by pipe sockets 26, 27 whose longitudinal axes are aligned with a longitudinal axis of the tubular housing 23.
  • the housing 23 is provided in its axial center with a cross-sectional constriction, which is formed by a circular opening 28 in a radially inwardly over the housing 23 projecting annular partition 29.
  • a holder 31 provided with through-holes 30 is inserted, to which a wax cartridge or other elongate expansion element 32 is attached so as to protrude beyond the holder 31 coaxially with the longitudinal axis of the housing 23 in the direction of the outlet nozzle 25 .
  • the length of the guide pin 34 is selected so that it just protrudes into the guide bore 35 at the slightest extent of the expansion element 32, as shown in Fig. 2.
  • the thermostatic valve 18 further comprises a return spring 38 surrounding the expansion element 32.
  • the axial position of the holder 31 and the length of the expansion element 32 are coordinated so that the throttle disc 33 is located exactly within the area formed by the circular opening 28 of the partition 29 cross-sectional constriction, as shown in Fig. 2 in broken lines, when through the housing 23 of the thermostatic valve 18 has flowing cooling water a desired setpoint temperature.
  • the free flow cross section of the thermostatic valve 18 is limited to a narrow annular gap 39 between the edge of the throttle disk 33 and the opposite edge of the opening 28, so that only a small amount of cooling water flows through the housing 23.
  • the expansion element 32 contracts and moves the throttle disk 33 in the direction of the partition wall 29, whereby the free flow cross-section decreases in the region of the partition wall 29 and thus cooling water throughput through the thermostatic valve 18.
  • This causes the engine oil temperature in the upstream engine oil cooler 17 to increase, which causes a renewed increase in the temperature of the cooling water in the thermostatic valve 18.
  • This ensures that the cooling water temperature in the thermostatic valve 18 and thus the engine oil temperature in the engine oil cooler 17 always automatically approaches the desired target temperature, which can be determined by a suitable vote of the cross sections of the throttle disc 33 and the opening 28 and the length of the expansion element 32.
  • the throttle disk 33 is due to the low cooling water temperature in their left in Fig. 2 shown in solid lines left end position at a distance from the opening 28, so that for faster heating of the engine oil in the engine oil cooler 17, a large cooling water flow through the engine oil cooler branch is guaranteed, while the closed main thermostatic valve 1 1 prevents passage of cooling water through the main radiator branch.
  • Cooling system Internal combustion engine Cooling circuit Heating circuit Blower Main water cooler Cooling inlet Flow line Cooler outlet Return line Main thermostatic valve Cooling water pump Bypass line Breather line Return line Expansion tank Engine oil cooler Self-regulating thermostatic valve Connecting line Heating heat exchanger Heating flow Heating return Housing Inlet Outlet Inlet outlet Outlet opening Divider Passage openings Support expansion element Throttle plate Guide pin Guide hole Passage holes Guide Return spring Annular gap

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein selbstregelndes Thermostatventil (18) zur Veränderung der Strömungsmenge eines Fluids durch einen Strömungskanal in Abhängigkeit von der Temperatur des Fluids sowie ein Kühlsystem (1) für eine Brennkraftmaschine. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Thermostatventil (18) die Strömungsmenge selbsttätig minimiert, wenn das Fluid eine vorbestimmte Solltemperatur aufweist, und die Strömungsmenge bei zunehmender Abweichung von der Solltemperatur erhöht, wodurch bei einem Einsatz des Thermostatventils (18) in einem Kühlkreislauf (3) des Kühlsystems (1) hinter einem Motorölkühler (17) eine komplexe Regelung der Kühlmitteltemperatur im Kühlkreislauf (3) über Kennfelder und damit verbundene hohe Bauteilbelastungen vermieden und ein Zielkonflikt zwischen einem Wunsch nach hohen Motoröltemperaturen im Teillastbetrieb und niedrigen Kühlmitteltemperaturen im Vollastbetrieb optimal gelöst werden kann.

Description

Selbstregelndes Thermostatventil sowie Kühlsystem für eine
Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein selbstregelndes Thermostatventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , sowie ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Zur Kühlung von wassergekühlten Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen umfassen deren Kühlsysteme gewöhnlich einen Kühlmittelkreislauf mit einer von der Brennkraftmaschine zu einem Hauptkühler führenden Vorlaufleitung, einer vom Hauptkühler zur Brennkraftmaschine führenden Rücklaufleitung, einer Kühlmittelpumpe sowie einem dehnstoffge- triebenen Thermostatventil zur Regelung der Temperatur der zur Brennkraftmaschine zurückgeführten Kühlmittels. Bei leistungsstarken Brennkraftmaschinen ist daneben oft noch ein zusätzlicher, vom Kühlmittel und vom Motoröl der Brennkraftmaschine durch- strömter Wärmetauscher vorgesehen, der allgemein als Motorölkühler bezeichnet wird.
Da ein solcher Motorölkühler sowohl vom Motoröl als auch vom Kühlmittel durchströmt wird, sorgt er für eine direkte Kopplung oder Abhängigkeit zwischen den Temperaturen des durch den Motorölkühler hindurchströmenden Motoröls bzw. Kühlmittels. Das heißt, je höher die Temperatur des einen ist, umso höher ist gewöhnlich auch die Temperatur des anderen.
Um den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine zu reduzieren, ist es von Vorteil, die Reibung zwischen den Kolben und den Zylindern zu minimieren, was sich vor allem im Teillastbetrieb durch eine höhere Motoröltemperatur erreichen lässt. Infolge der Kopplung der Motoröltemperatur und der Kühlmitteltemperatur führt eine hohe Motoröltemperatur jedoch auch zu einer hohen Kühlmitteltemperatur, die beim Übergang vom Teillastbetrieb in den Volllastbetrieb sehr schnell abgesenkt werden muss, um durch eine effektive Kühlung im Zylinderkopf Verbrennungsstörungen (Klopfen) zu vermeiden.
Aufgrund dieses Zielkonflikts zwischen einer zur Reibungsminderung erwünschten hohen Motoröltemperatur und einer zur Kühlung des Zylinderkopfs erwünschten niedrigen Kühlmitteltemperatur wird zur Verbrauchsreduzierung häufig eine sogenannte Kennfeld- Thermostat-Regelung eingesetzt. Dazu wird an Stelle eines selbstregelnden dehnstoff- getriebenen Thermostatventils im Kühlmittelkreislauf ein kennfeldgeregelt.es Thermostatventil verwendet, bei dem das Ausdehnungselement elektrisch beheizbar ist. Dieses Thermostatventil weist in seinem im Teillastbetrieb eingestellten unbestromten Zustand eine hohe Regeltemperatur auf, um durch die zuvor beschriebene Kopplung zwischen der Kühlmittel- und Motoröltemperatur für eine hohe Motoröltemperatur zu sorgen. Zur schnellen Absenkung der Kühlmitteltemperatur beim Übergang zum Volllastbetrieb kann dem Ausdehnungselement zur Beheizung Strom zugeführt werden, wodurch das Ventil weiter geöffnet und der Brennkraftmaschine zur Absenkung der Kühlmitteltemperatur im Zylinderkopf mehr kaltes Kühlmittel aus dem Kühler zugeführt wird.
Jedoch ist bei derartigen kennfeldgeregelten Thermostatventilen die Zwangskopplung zwischen der Kühlmitteltemperatur und der Motoröltemperatur im Hinblick auf die gewünschte Verbrauchsreduzierung nicht optimal. Außerdem führt der verhältnismäßig schnelle Temperaturwechsel zwischen heißem Kühlmittel und kaltem Kühlmittel zu Thermoschockeffekten im gesamten Kühlsystem, was in einigen Bauteilen, wie zum Beispiel dem Hauptkühler, zu hohen Belastungen und ggf. einem frühzeitigen Versagen führen kann. Darüber hinaus lässt sich mit kennfeldgeregelten Thermostatventilen der Zielkonflikt zwischen dem Wunsch nach hohen Motoröltemperaturen im Teillastbetrieb und niedrigen Kühlmitteltemperaturen im Volllastbetrieb nur zeitverzögert und bedingt lösen, da die dazu erforderliche komplexe Regelung über Kennfelder sehr aufwendig und entwicklungsintensiv ist. Zudem ist eine Nachrüstung für existierende Kraftfahrzeuge kaum möglich.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein selbstregelndes Thermostatventil der eingangs genannten Art zu entwickeln, das sich in Kühlsystemen von Brennkraftmaschinen einsetzen lässt, um eine komplexe Regelung über Kennfelder und damit verbundene hohe Bauteilbelastungen zu vermeiden und den zuvor genannten Zielkonflikt zwischen dem Wunsch nach hohen Motoröltemperaturen im Teillastbetrieb und niedrigen Kühlmitteltemperaturen im Volllastbetrieb besser zu lösen.
Diese Aufgabe wird im Hinblick auf das Thermostatventil erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Thermostatventil die Strömungsmenge selbsttätig minimiert, wenn das Fluid eine vorbestimmte Solltemperatur aufweist, und dass das Thermostatventil die Strömungsmenge bei zunehmender Abweichung von der Solltemperatur selbsttätig erhöht, wobei die Strömungsmenge vorzugsweise etwa proportional zur Abweichung von der Solltemperatur zunimmt und wieder abnimmt, wenn sich die Temperatur des Fluids an die Solltemperatur annähert. Außerdem wird die Strömungsmenge vom Thermostatventil vorteilhaft nicht nur dann erhöht, wenn die Temperatur des Fluids über die Solltemperatur ansteigt, sondern auch dann, wenn die Temperatur des Fluids unter die Solltemperatur absinkt.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Thermostatventil ein durch eine Querschnittsverengung des Strömungskanals bewegliches Drosselelement aufweist, das sich innerhalb der Querschnittsverengung befindet, wenn das Fluid die vorbestimmte Solltemperatur aufweist, und das sich in einer Richtung über die Querschnittsverengung hinaus bewegt, wenn die Temperatur des Fluids über die Solltemperatur ansteigt. Wenn die Temperatur des Fluids unter die Solltemperatur absinkt, bewegt sich das Drosselelement vorteilhaft in der entgegengesetzten Richtung über die Querschnittsverengung hinaus.
Um die Baugröße des Thermostatventils klein zu halten, ist dieses gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung als Schlauchthermostatventil ausgebildet, bei dem das Drosselelement durch Ausdehnung bzw. Kontraktion eines im Strömungskanal angeordneten Ausdehnungs- oder Dehnstoffelements in Längsrichtung des Strömungskanals durch die Querschnittsverengung bewegt wird.
Im Hinblick auf das Kühlsystem wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kühlmittelkreislauf ein solches Thermostatventil umfasst, das vorzugsweise hinter einem von Motoröl und einem Kühlmittel der Brennkraftmaschine durchströmten Motorölkühler im Strömungspfad des Kühlmittels angeordnet ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Thermostatventil ist es möglich, sowohl eine durch hohe Motoröltemperaturen bedingte Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs im Teillastbetrieb als auch niedrige Kühlmitteltemperaturen im Vollastbetrieb zu realisieren. Außerdem kann durch einen Verzicht auf aufwändige elektrisch beheizte Kennfeld-Thermostaten und eine aufwändige Applikation der Herstellungsaufwand des Kühlsystems gesenkt und aufgrund der einfachen und robusten Ausführung des Thermostatventils die Störanfälligkeit des Kühlsystems vermindert werden. Darüber hinaus ist ein Einbau des erfindungsgemäßen Thermostatventils in ein Kühlsystem einer bereits im Betrieb befindlichen Brennkraftmaschine ohne weiteres möglich, ebenso wie eine Motorölschnellaufwärmung, die in gleicher Weise wie mit bekannten Motorölkühlern vorgenommen wird, indem bei kalter Brennkraftmaschine der Strom des Motoröls infolge der hohen Strömungswiderstandes des Motorölkühlers über ein Umströmungsventil am Motorölkühler vorbei in die Brennkraftmaschine zurück geleitet wird. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Thermostatventil zusammen mit dem Motorölkühler in einer vom Kühlmittel durchströmten Verbindungsleitung zwischen einer von der Brennkraftmaschine zu einem Hauptkühler führenden Vorlaufleitung und einer vom Hauptkühler zur Brennkraftmaschine führenden Rücklaufleitung angeordnet ist. Durch eine solche Anordnung des Motorölkühlers und des Thermostatventils in einem zu einem Hauptkühlerzweig des Kühlmittelkreislaufs parallelen Motorölkühlerzweig bleibt die Regelung der Kühlmitteltemperatur im Hauptkühlerzweig nahezu unbeeinflusst von der Temperaturregelung im Motorölkühler.
Um für eine Kühlung des Motoröls im Motorölkühler zu sorgen, strömt das Kühlmittel aus der Rücklaufleitung durch den Motorölkühler in die Vorlaufleitung, wobei das Thermostatventil in Strömungsrichtung des Kühlmittels hinter dem Motorölkühler in der Verbindungsleitung angeordnet ist, um für eine direkte Kopplung zwischen der Temperatur des durch das Thermostatventil strömenden Kühlmittels und der Temperatur des Motoröls im Motorölkühler zu sorgen.
Der Hauptkühlerzweig des Kühlmittelkreislaufs umfasst zweckmäßig in bekannter Weise ein in der Rücklaufleitung angeordnetes und mit der Vorlaufleitung verbundenes selbstregelndes dehnstoffgetriebenes Hauptthermostatventil.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Kühlwasserkreislaufs eines Kühlsystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem Motorölkühler und einem selbstregelnden Thermostatventil zur Regelung der Temperatur des durch den Motorölkühler strömenden Kühlwassers;
Fig. 2 eine vergrößerte schematische Darstellung des Thermostatventils.
Das in Fig. 1 der Zeichnung dargestellte Kühlsystem 1 einer wassergekühlten 8-Zylinder- Brennkraftmaschine 2 eines Kraftfahrzeugs umfasst einen zur Kühlung der Brennkraftmaschine 2 dienenden Kühlkreislauf 3 und einen zur Beheizung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs dienenden Heizungskreislauf 4, die beide von einem Kühlmittel in Form von Kühlwasser nebst Additiven durchströmt werden. Der Kühlkreislauf 3 umfasst einen mit zwei Gebläsen 5 bestückten Hauptwasserkühler 6, eine von der Brennkraftmaschine 2 zu einem Kühlereinlauf 7 des Hauptwasserkühlers 6 führende Vorlaufleitung 8, eine von einem Kühlerauslauf 9 des Hauptwasserkühlers 6 zurück zur Brennkraftmaschine 2 führende Rücklaufleitung 10 mit einem Hauptthermostatventil 11 und einer Hauptwasserpumpe 12, eine von der Vorlaufleitung 8 zum Hauptthermostatventil 10 führende Bypassleitung 13, einen durch eine Entlüftungsleitung 14 mit dem Hauptwasserkühler 6 und durch eine Rückführleitung 15 mit dem Hauptthermostatventil 11 verbundenen Ausgleichsbehälter 16, sowie einen Motorölkühler 17 und ein selbstregelndes Thermostatventil 18, die in einer hinter der Hauptwasserpumpe 12 aus der Rücklaufleitung 10 abzweigenden und hinter der Abzweigung der Bypassleitung 13 in die Vorlaufleitung 8 mündenden Verbindungsleitung 19 angeordnet sind.
Die Verbindungsleitung 19 mit dem Motorölkühler 17 und dem Thermostatventil 18 wird im Rahmen dieser Patentanmeldung auch als Motorölkühlerzweig des Kühlkreislaufs 3 bezeichnet, während die Vorlaufleitung 8, der Hauptwasserkühler 6 und die Rücklaufleitung 10 mit dem Hauptthermostatventil 11 und der Kühlmittelpumpe 12 als Hauptkühlerzweig des Kühlkreislaufs 3 bezeichnet werden.
Der Heizungskreislauf 4 umfasst einen Heizungswärmetauscher 20, der durch einen Heizungsvorlauf 21 mit der Vorlaufleitung 8 bzw. der Bypassleitung 13 und durch einen Heizungsrücklauf 22 mit der vom Ausgleichsbehälter 16 zum Hauptthermostatventil 11 führenden Rückführleitung 15 verbunden ist.
Wie am besten in Fig. 2 dargestellt, besitzt das selbstregelnde Thermostatventil 18 ein vom Kühlwasser durchströmtes erweitertes röhrenförmiges Gehäuse 23, das einen Strömungskanal für das Kühlwasser begrenzt und einen auf der Seite des Motorölküh- lers 18 angeordneten Einlass 24 sowie einen auf der Seite der Vorlaufleitung 8 angeordneten Auslass 25 aufweist. Der Einlass 24 und der Auslass 25 werden jeweils von Rohrstutzen 26, 27 begrenzt, deren Längsachsen mit einer Längsachse des röhrenförmigen Gehäuses 23 fluchten. Das Gehäuse 23 ist in seiner axialen Mitte mit einer Querschnittsverengung versehen, die von einer kreisförmigen Öffnung 28 in einer radial nach innen über das Gehäuse 23 überstehenden ringförmigen Trennwand 29 gebildet wird.
In den Einlassstutzen 26 ist eine mit Durchlassöffnungen 30 versehene Halterung 31 eingesetzt, an der eine Wachspatrone oder ein anderes längliches Ausdehnungs- bzw. Dehnstoffelement 32 so befestigt ist, dass es koaxial zur Längsachse des Gehäuses 23 in Richtung des Auslassstutzens 25 über die Halterung 31 übersteht. Das Dehnstoffele- ment 32 trägt an seinem freien Ende eine senkrecht zur Längsachse ausgerichtete kreisförmige Drosselscheibe 33. Über die vom Dehnstoffelement 32 abgewandte Seite der Drosselscheibe 33 steht ein zur Längsachse des Gehäuses 23 koaxialer zylindrischer Führungsstift 34 über, der eine mittige Führungsbohrung 35 in einer in den Auslassstutzen 27 eingesetzten, mit Durchlassöffnungen 36 versehenen Führung 37 durchsetzt. Die Länge des Führungsstifts 34 ist so gewählt, dass er bei der geringsten Ausdehnung des Dehnstoffelements 32 gerade noch in die Führungsbohrung 35 ragt, wie in Fig. 2 dargestellt. Das Thermostatventil 18 umfasst weiter eine das Dehnstoffelement 32 umgebende Rückstellfeder 38.
Die axiale Position der Halterung 31 und die Länge des Dehnstoffelements 32 sind so aufeinander abgestimmt, dass sich die Drosselscheibe 33 genau innerhalb der von der kreisförmigen Öffnung 28 der Trennwand 29 gebildeten Querschnittsverengung befindet, wie in Fig. 2 in unterbrochenen Linien dargestellt, wenn das durch das Gehäuse 23 des Thermostatventils 18 strömende Kühlwasser eine gewünschte Solltemperatur besitzt. In dieser Stellung der Drosselscheibe 33 ist der freie Strömungsquerschnitt des Thermostatventils 18 auf einen schmalen Ringspalt 39 zwischen dem Rand der Drosselscheibe 33 und dem gegenüberliegenden Rand der Öffnung 28 beschränkt, so dass nur wenig Kühlwasser durch das Gehäuse 23 strömt.
Wenn die Temperatur des Kühlwassers im Thermostatventil 18 aufgrund eines Anstiegs der Motoröltemperatur im vorgeschalteten Motorölkühler 17 über die Solltemperatur hinaus ansteigt, dehnt sich das Dehnstoffelement 32 aus. Dies hat zur Folge, dass sich die Drosselscheibe 33 in Strömungsrichtung (Pfeile A in Fig. 2) von der Trennwand 29 entfernt und die Öffnung 28 freigibt, wobei mit zunehmender Temperatur des Kühlwassers infolge einer zunehmenden Entfernung der Drosselscheibe 33 von der Trennwand 29 der freie Strömungsquerschnitt im Bereich der Trennwand 29 und damit der Kühlwasserdurchsatz durch das Thermostatventil 18 größer wird. Durch den höheren Kühlwasserdurchsatz sinkt die Motoröltemperatur im Motorölkühler 17, was wiederum ein Absinken der Temperatur des hinter dem Motorölkühler 17 durch das Gehäuse 23 des Thermostatventils 18 strömenden Kühlwassers zur Folge hat. Dadurch zieht sich das Dehnstoffelement 32 zusammen und bewegt die Drosselscheibe 33 in Richtung der Trennwand 29, womit der freie Strömungsquerschnitt im Bereich der Trennwand 29 und damit Kühlwasserdurchsatz durch das Thermostatventil 18 abnimmt. Dies führt wiederum dazu, dass die Motoröltemperatur im vorgeschalteten Motorölkühler 17 ansteigt, was für einen erneuten Anstieg der Kühlwassertemperatur im Thermostatventil 18 sorgt. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass sich die Kühlwassertemperatur im Thermostatventil 18 und damit auch die Motoröltemperatur im Motorölkühler 17 stets selbsttätig an die gewünschte Solltemperatur annähert, die durch eine geeignete Abstimmung der Querschnitte der Drosselscheibe 33 und der Öffnung 28 sowie der Länge des Dehnstoffelements 32 festgelegt werden kann.
Wenn die Motoröltemperatur im Motorölkühler 17 infolge eines hohen Lastzustands deutlich über den oben beschriebenen Regelbereich ansteigt, sinkt die Kühlwassertemperatur im Thermostatventil 18 nicht mehr ab, wodurch die Drosselscheibe 33 in ihrer in Fig. 2 in strichpunktierten Linien angezeigten rechten Endstellung bleibt, in der die maximale Kühlleistung des Motorölkühlers 17 abgerufen werden kann.
Durch die Anordnung des Thermostatventils 17 in der Verbindungsleitung 19, d.h. in dem zum Hauptkühlerzweig des Kühlmittelkreislaufs 3 parallelen Motorölkühlerzweig, bleibt die Regelung der Kühlwassertemperatur im Hauptkühlerzweig durch die Regelung der Motoröltemperatur im Motorölkühler 17 praktisch unbeeinflusst. Auf diese Weise kann im Hauptkühlerzweig durch das Hauptthermostatventil 11 eine niedrige Kühlwassertemperatur eingestellt werden, während gleichzeitig vom Thermostatventil 18 eine hohe Motoröltemperatur eingestellt und so der eingangs genannte Zielkonflikt optimal gelöst werden kann.
Nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 2 befindet sich die Drosselscheibe 33 infolge der geringen Kühlwassertemperatur in ihrer in Fig. 2 in durchgezogenen Linien dargestellten linken Endstellung im Abstand von der Öffnung 28, so dass zur schnelleren Aufheizung des Motoröls im Motorölkühler 17 ein großer Kühlwasserdurchfluss durch den Motorölkühlerzweig gewährleistet ist, während das geschlossene Hauptthermostatventil 1 1 einen Hindurchtritt von Kühlwasser durch den Hauptkühlerzweig verhindert.
BEZUGSZEICHENLISTE
Kühlsystem Brennkraftmaschine Kühlkreislauf Heizungskreislauf Gebläse Hauptwasserkühler Kühlereinlauf Vorlaufleitung Kühlerauslauf Rücklaufleitung Hauptthermostatventil Kühlwasserpumpe Bypassleitung Entlüftungsleitung Rückführleitung Ausgleichsbehälter Motorölkühler selbstregelndes Thermostatventil Verbindungsleitung Heizungswärmetauscher Heizungsvorlauf Heizungsrücklauf Gehäuse Einlass Auslass Einlassstutzen Auslassstutzen Öffnung Trennwand Durchlassöffnungen Halterung Dehnstoffelement Drosselscheibe Führungsstift Führungsbohrung Durchlassöffnungen Führung Rückstellfeder Ringspalt

Claims

PAT E N TA N S P R Ü C H E
1. Selbstregelndes Thermostatventil zur Veränderung der Strömungsmenge eines Fluids durch einen Strömungskanal in Abhängigkeit von der Temperatur des Fluids, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermostatventil (18) die Strömungsmenge selbsttätig minimiert, wenn das Fluid eine vorbestimmte Solltemperatur aufweist, und die Strömungsmenge bei zunehmender Abweichung von der Solltemperatur erhöht.
2. Selbstregelndes Thermostatventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Thermostatventil (18) die Strömungsmenge selbsttätig reduziert, wenn sich die Temperatur des Fluids an die Solltemperatur annähert.
3. Selbstregelndes Thermostatventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermostatventil (18) die Strömungsmenge selbsttätig erhöht, wenn die Temperatur des Fluids über die Solltemperatur ansteigt und wenn die Temperatur des Fluids unter die Solltemperatur absinkt.
4. Selbstregelndes Thermostatventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein durch eine Querschnittsverengung (28) des Strömungskanals bewegliches Drosselelement (33), das sich innerhalb der Querschnittsverengung (28) befindet, wenn das Fluid die Solltemperatur aufweist, und das sich in einer Richtung über die Querschnittsverengung (28) hinaus bewegt, wenn die Temperatur des Fluids über die Solltemperatur ansteigt.
5. Selbstregelndes Thermostatventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Drosselelement (33) in einer entgegengesetzten Richtung über die Querschnittsverengung (28) hinaus bewegt, wenn die Temperatur des Fluids unter die Solltemperatur absinkt.
6. Selbstregelndes Thermostatventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (33) in Längsrichtung des Strömungskanals beweglich ist.
7. Selbstregelndes Thermostatventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch ein mit dem Drosselelement (33) verbundenes Ausdehnungs- oder Dehnstoffelement (32).
8. Selbstregelndes Thermostatventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausdehnungs- oder Dehnstoffelement (32) innerhalb des Strömungskanals angeordnet ist.
9. Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine, mit einem Kühlkreislauf, gekennzeichnet durch ein selbstregelndes Thermostatventil (18) nach einem der vorangehenden Ansprüche im Kühlkreislauf (3).
10. Kühlsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermostatventil (18) hinter einem von Motoröl und Kühlmittel der Brennkraftmaschine (2) durchströmten Motorölkühler (18) im Strömungspfad des Kühlmittels angeordnet ist.
11 . Kühlsystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermostatventil (18) in einer Verbindungsleitung (19) zwischen einer von der Brennkraftmaschine (2) zu einem Hauptkühler (6) führenden Vorlaufleitung (8) und einer vom Hauptkühler (6) zur Brennkraftmaschine (2) führenden Rücklaufleitung (10) angeordnet ist.
12. Kühlsystem nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Vorlaufleitung (8) und der Rücklaufleitung (9) ein selbstregelndes Hauptthermostatventil (11) angeordnet ist.
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