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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Temperierung von Schmieröl,
insbesondere Getriebeöl,
eines Kraftfahrzeugs, mit einem Öl-/Kühlmittelwärmetauscher,
einem Thermostatventil zum Einstellen einer Kühlmitteltemperatur im Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
durch Mischen von Kühlmittel
von einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs und Kühlmittel
von einem Kühlmittelkühler des
Kraftfahrzeugs, wobei ein thermostatisches Arbeitselement des Thermostatventils
vom Kühlmittel
in einem Kühlmittelrücklauf stromabwärts des Öl-/Kühlmittelwärmetauschers
umströmbar
angeordnet ist. Die Erfindung betrifft auch ein Thermostatventil
für eine
erfindungsgemäße Vorrichtung.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 197 15 324 A1 ist
eine Vorrichtung zur Schmieröltemperierung
eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei der eine Kühlwasserströmung durch einen Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
mittels eines im Kühlmittelrücklauf des Öl-/Kühlmittelwärmetauschers
angeordneten Dehnstoffelements gesteuert wird. Die Kühlmitteltemperatur
im Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
wird über
die Kühlmitteltemperatur
im Rücklauf
des Öl-/Kühlmittelwärmetauschers
geregelt.
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Aus der europäischen Patentschrift
EP 0 787 929 B1 ist
eine Vorrichtung zur Temperierung des Getriebeöls eines Kraftfahrzeugs bekannt,
bei der ein erstes Dehnstoffelement im Kühlmittelstrom stromaufwärts eines Öl-/Kühlmittelwärmetauschers
angeordnet ist. Das Dehnstoffelement ist in einem Thermostatventil
zum Mischen von Kühlflüssigkeit
von einem Fahrzeugkühler
sowie Kühlflüssigkeit
von einer Brennkraftmaschine angeordnet. Mittels des ersten Dehnstoffelements
erfolgt somit eine Regelung der Kühlmitteltemperatur im Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
auf Basis der Kühlmitteltemperatur
des Brennkraftmaschinenkreislaufs. Das erste Dehnstoffelement ist
an einem Stößel befestigt,
der wiederum von einem zweiten Dehnstoffelement verschoben werden kann.
Das zweite Dehnstoffelement wird vom Getriebeöl beaufschlagt. Mittels des
zweiten Dehnstoffelements erfolgt somit eine Regelung der Kühlmitteltemperatur
im Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
auf Basis der Getriebeöltemperatur.
Beide Dehnstoffelemente können
mit einer elektrischen Beheizung versehen sein.
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Mit der Erfindung soll eine zuverlässige Regelung
der Schmieröltemperatur
eines Kraftfahrzeugs erreicht werden.
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Erfindungsgemäß ist hierzu eine Vorrichtung zur
Temperierung von Schmieröl,
insbesondere Getriebeöl,
eines Kraftfahrzeugs mit einem Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
und einem Thermostatventil zum Einstellen einer Kühlmitteltemperatur
im Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
durch Mischen von Kühlmittel
von einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs und Kühlmittel
von einem Kühlmittelkühler des
Kraftfahrzeugs vorgesehen, wobei ein thermostatisches Arbeitselement
des Thermostatventils vom Kühlmittel in
einem Kühlmittelrücklauf stromabwärts des Öl-/Kühlmittelwärmetauschers
umströmbar
angeordnet ist, bei der Mittel vorgesehen sind, um wenigstens bei
nicht mit Kühlmittel
durchströmtem Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
eine Anströmung
des thermostatischen Ar beitselements durch Kühlmittel von der Brennkraftmaschine
zu bewirken.
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Bei nicht mit Kühlmittel durchströmten Öl-/Kühlmittelwärmetauscher,
insbesondere nach einem Kaltstart während des Motorwarmlaufs ist
eine Temperatur des thermostatischen Arbeitselements dadurch von
der Temperatur des Kühlmittels,
das direkt von der Brennkraftmaschine kommt, abhängig, das sich während des
Motorwarmlaufs relativ rasch erwärmt.
Sobald das Kühlmittel
von der Brennkraftmaschine eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat,
kann das thermostatische Arbeitselement dadurch eine Durchströmung des
Kühlmittel/Ölwärmetauschers
mit Kühlmittel
freigeben, um dadurch das noch kalte Schmieröl möglichst rasch zu erwärmen. Im
normalen Fahrbetrieb erfolgt aufgrund der Anordnung des thermostatischen
Arbeitselements, das vom Kühlmittel
in einem Kühlmittelrücklauf des Öl-/Kühlmittelwärmetauschers
umströmbar
angeordnet ist, eine Regelung der Kühlmitteltemperatur im Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
aufgrund der Kühlmitteltemperatur
im Rücklauf
des Öl-/Kühlmittelwärmetauschers
und somit indirekt in Abhängigkeit
der Schmieröltemperatur.
Auf diese Weise kann mittels eines einzigen thermostatischen Dehnstoffelements sowohl
eine rasche Erwärmung
des Schmieröls
als auch eine zuverlässige
Temperierung im Normalbetrieb erreicht werden.
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In Weiterbildung der Erfindung wird
die Anströmung
des thermostatischen Arbeitselements durch Kühlmittel von der Brennkraftmaschine
mittels wenigstens einer Leitung bewirkt, die unmittelbar angrenzend
an das thermostatische Arbeitselement mündet und deren Querschnitt
gegenüber
dem Querschnitt eines Kühlmittelzulaufs
von der Brennkraftmaschine zum Thermostatventil wesentlich verringert
ist.
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Vorzugsweise werden lediglich wenige
Prozent des möglichen
Gesamtzulaufs von heißem Kühlmittel
zum Thermostatventil zu dessen thermo statischen Arbeitselement geleitet,
so dass zwar eine Auslenkung des thermostatischen Arbeitselements
in Abhängigkeit
der Kühlmitteltemperatur
von der Brennkraftmaschine erfolgt und dadurch das Getriebeöl sofort
nach Erwärmung
des Kühlmittels
ebenfalls aufgewärmt
werden kann, aber dennoch nur vernachlässigbare Wärmeverluste beim Warmlauf des Motors
auftreten.
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In Weiterbildung der Erfindung stellt
die Leitung eine Strömungsverbindung
zwischen dem Kühlmittelzulauf
von der Brennkraftmaschine und dem Kühlmittelrücklauf des Öl-/Kühlmittelwärmetauschers bereit.
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Auf diese Weise kann auf Absperrmittel
für die
Leitung verzichtet werden und es ist lediglich ein geringer Bauaufwand
erforderlich. Dennoch wird die Leitung bei nicht mit Kühlmittel
durchströmten Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
stark durchströmt,
da das Druckgefälle
zwischen dem Kühlmittelzulauf
von der Brennkraftmaschine und dem Kühlmittelrücklauf des Öl-/Kühlmittelwärmetauschers dann groß ist. Wird
jedoch durch Erwärmung
des thermostatischen Arbeitselements die Kühlmittelströmung durch den Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
freigegeben, verringert sich die Druckdifferenz über die Leitung, so dass die Leitung
nicht mehr oder nur noch in geringem Ausmaß durchströmt wird. Auf diese Weise lassen
sich die gewünschten
Durchströmungsraten
in der Leitung auch ohne zusätzliche
Schaltventile einstellen. Zweckmäßigerweise
liegt ein Gehäuse
des thermostatischen Arbeitselements zwischen einer Mündung der
Leitung und einer Saugseite einer Kühlmittelpumpe, so dass eine
heiße
Kühlmittelströmung aus
der Leitung am Gehäuse
des thermostatischen Arbeitselements vorbeigesaugt wird.
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In Weiterbildung der Erfindung ist
das thermostatische Arbeitselement mit einem ersten Gehäuseabschnitt
im Kühlmittelrücklauf vom Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
und mit einem zweiten Gehäuseabschnitt
im Kühlmittelzulauf
von der Brennkraftmaschine angeordnet, wobei eine Trennwand zwischen
dem Kühlmittelzulauf
und dem Kühlmittelrücklauf mit
wenigstens einem Strömungskanal
versehen ist.
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Beispielsweise ist in der Trennwand
eine Bohrung vorgesehen, die unmittelbar angrenzend an dem ersten
Gehäuseabschnitt
in den Kühlmittelrücklauf mündet.
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In Weiterbildung der Erfindung ist
der Strömungskanal
mittels einer Durchgangsbohrung zur Aufnahme des Gehäuses des
thermostatischen Arbeitselements bereitgestellt.
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Auf diese Weise lässt sich eine gute Anströmung des
Gehäuses
des thermostatischen Arbeitselements mit geringem Aufwand erreichen.
Beispielsweise ist die Durchgangsbohrung geringfügig größer als der Gehäusedurchmesser
ausgeführt
oder am Umfang der Durchgangsbohrung sind mehrere Nuten für die Kühlwasserströmung vorgesehen.
Beispielsweise können
drei Nuten oder Kerben vorgesehen sein, die in einem Winkel von
120° beabstandet sind.
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In Weiterbildung der Erfindung weist
das Thermostatventil von dem thermostatischen Arbeitselement beaufschlagte
erste Absperrmittel auf, wobei die ersten Absperrmittel in einer
Motorwarmlaufstellung den Kühlmittelzulauf
von der Brennkraftmaschine zum Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
absperren, in einer Ölaufheizstellung
und einer normalen Regelbetriebstellung den Kühlmittelzulauf zum Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
freigeben und in einer Ölkühlstellung den
Kühlmittelzulauf
zum Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
absperren.
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Die ersten Absperrmittel können beispielsweise
als Doppelteller oder Schieber ausgebildet sein, die mittels eines
Stößels von
dem thermostatischen Arbeitselement beaufschlagt werden.
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In Weiterbildung der Erfindung weist
das Thermostatventil von dem thermostatischen Arbeitselement beaufschlagte
zweite Absperrmittel auf, wobei die zweiten Absperrmittel in einer
Motorwarmlaufstellung einen Kühlmittelzulauf
vom Fahrzeugkühler zum Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
absperren und in einer Ölaufheizstellung
und einer normalen Regelstellung sowie einer Ölkühlstellung den Kühlmittelzulauf
vom Fahrzeugkühler
freigeben.
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Beispielsweise kann ein federbelasteter
Teller vorgesehen sein, der durch einen Mitnehmer auf einem Stößel aufgedrückt wird.
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In Weiterbildung der Erfindung weist
das Thermostatventil von dem thermostatischen Arbeitselement beaufschlagte
dritte Absperrmittel auf, wobei die dritten Absperrmittel in einer
Motorwarmlaufstellung eine Ölzirkulation
im Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
verhindern und in einer Ölaufheizstellung,
einer normalen Regelbetriebstellung sowie einer Ölkühlstellung die Ölzirkulation
freigeben.
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Beispielsweise kann ein federbelasteter
Teller im Ölkreislauf
vorgesehen sein, der mittels eines Mitnehmers auf einem Stößel aufgedrückt wird.
Eine Regelung der Durchflussmenge des Schmieröls durch den Öl-/ Kühlmittelwärmetauscher
kann dadurch in Abhängigkeit
der Kühlmitteltemperatur
im Rücklauf
des Öl-/Kühlmittelwärmetauschers
geregelt werden.
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In Weiterbildung der Erfindung weisen
die ersten, zweiten und/oder dritten Absperrmittel einen von dem
thermostatischen Arbeitselement beaufschlagten und in einem Gehäuse des
Thermostatventils verschiebbar aufgenommenen Stößel auf.
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Auf diese Weise lassen sich die gewünschten
Steuer- bzw. Regelfunktionen mittels eines kompakten Thermostatventils
realisieren.
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In Weiterbildung der Erfindung ist
das thermostatische Arbeitselement elektrisch beheizbar.
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Dadurch kann in den Regelkreis eingegriffen und
beispielsweise bei zu erwartender hoher Getriebeöltemperatur eine vorausschauende
Steuerung überlagert
werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden detaillierten
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. In den Zeichnungen
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines auslassgeregelten Kühlkreislaufs
einer Brennkraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Temperierung
des Getriebeöls
der Brennkraftmaschine,
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2 eine
schematische Darstellung eines einlassgeregelten Kühlkreislaufs
einer Brennkraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Temperierung
des Getriebeöls
der Brennkraftmaschine
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3 eine
Schnittansicht eines Thermostatventils einer ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und
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4 eine
Schnittansicht eines Thermostatventils einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
gemäß einer
weiteren Ausführungsform.
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Die schematische Darstellung der 1 zeigt einen Verbrennungsmotor 10 eines
Kraftfahrzeugs, an den ein Getriebe 12 angeflanscht ist.
Das Getriebe 12 enthält
Getriebeöl
und ist mit einem Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14 über eine Ölzulaufleitung 16 und
eine Ölrücklaufleitung 18 verbunden. Mittels
des Öl-/Kühlmittelwärmetauschers 14 soll
das Getriebeöl
nach einem Kaltstart nach Möglichkeit
erwärmt
werden, im Fahrbetrieb soll dahingegen eine Überhitzung des Getriebeöls vermieden
werden.
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Der Verbrennungsmotor 10 ist
mit einem Kühlsystem
für flüssiges Kühlmittel
versehen, wobei in den Kühlmittelkreislauf
ein Heizungswärmetauscher 20 für den Innenraum
des Fahrzeugs eingebunden ist. Kühlmittel
aus dem Verbrennungsmotor 10 tritt aus dem Verbrennungsmotor 10 aus
und gelangt zu einem Thermostatventil 22. Je nach Temperatur
des aus dem Verbrennungsmotor 10 austretenden Kühlmittels
wird die Stellung von Ventiltellern im Thermostatventil 22 verändert, um
das Kühlmittel entweder
in einen Fahrzeugkühler 24 oder über eine Bypassleitung 26 direkt
zu einer Kühlmittelpumpe 28 und
weiter zum Verbrennungsmotor 10 zu leiten. Im normalen
Fahrbetrieb des Fahrzeugs nimmt das Thermostatventil 22 Zwischenstellungen
ein, in denen ein Teil des vom Verbrennungsmotor 10 kommenden
Kühlmittels
zum Fahrzeugkühler 24 und
ein Teil über
die Bypassleitung 26 zur Pumpe 28 geleitet wird.
Von der Kühlmittelpumpe 28 wird
das Kühlmittel wieder
in den Motorblock des Verbrennungsmotors 10 gepumpt. Vom
Fahrzeugkühler 24 wird
Kühlmittel über eine
Rücklaufleitung 29 zu
einem weiteren Sauganschluss der Kühlmittelpumpe 28 geleitet. Vom
Verbrennungsmotor 10 kann darüber hinaus erhitztes Kühlmittel
unmittelbar zu dem Heizungswärmetauscher 20 gelangen.
Ein Rücklauf
des Heizungswärmetauschers 20 ist
wiederum mit einem Sauganschluss der Kühlmittelpumpe 28 verbunden.
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Die Kühlmitteltemperatur im Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14 wird
mittels eines zweiten Thermostatventils 30 geregelt, das
mit einem Dehnstoffelement 32 versehen ist. Das Dehnstoffelement 32 betätigt einen
Stößel 34,
auf dem mehrere Ventilteller angeordnet sind, die, je nach Stellung
des Stößels 34,
mit Mitnehmern am Stößel 34 und
Ventilsitzen an einem Gehäuse 36 zusammenwirken
können.
Eine Heißzulaufleitung 38 verbindet
das erste Thermostatventil 22 mit dem Gehäuse des
zweiten Thermostatventils 30. Über die Heißzulaufleitung 38 kann
stets Kühlmittel
unmittelbar aus dem Verbrennungsmotor 10 zum zweiten Thermostatventil 30 gelangen.
Abgesehen von einer Situation unmittelbar nach einem Kaltstart im
Motorwarmlauf gelangt über
die Heißzulaufleitung 38 somit
vom Verbrennungsmotor 10 erhitztes Kühlmittel zum zweiten Thermostatventil 30.
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Eine weitere Kaltzulaufleitung 40 verbindet einen
Tieftemperaturabschnitt 42 des Fahrzeugkühlers 24 mit
dem Gehäuse 36 des
zweiten Thermostatventils 30. Über die Kaltzulaufleitung 40 gelangt
somit stets gekühltes
Kühlmittel
zum zweiten Thermostatventil 30.
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Mittels des Thermostatventils 30 werden
der heiße
Kühlmittelstrom
von dem Verbrennungsmotor 10 und der gekühlte Kühlmittelstrom
vom Fahrzeugkühler 24 in
dem Gehäuse 36 gemischt
und in den Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14 eingeleitet.
Wie bereits ausgeführt
wurde, erfolgt die Regelung des Mischungsverhältnisses mittels des Dehnstoffelements 32.
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Das Dehnstoffelement 32 ist
mit seinem Gehäuse
im Kühlmittelrücklauf von
dem Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14 angeordnet.
Wird der Öl-/
Kühlmittelwärmetauscher 14 von
Kühlmittel
durchströmt, erfolgt
die Regelung der Temperatur des in den Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14 eintretenden
Kühlmittels
somit auf Basis der Temperatur des Kühlmittels im Kühlmittelrücklauf des Öl-/Kühlmittelwärmetauschers 14,
das das Gehäuse
des Dehnstoffelements 32 umströmt. Eine Kühlmittelrücklaufleitung 44 verbindet
das Gehäuse 36 des
zweiten Thermostatventils 30 mit der Rücklaufleitung 29 vom
Hochtemperaturabschnitt 46 des Fahrzeugkühlers 24 zur Kühlmittelpumpe 28.
Das Dehnstoffelement 32 ist mit einem elektrischen Heizwiderstand 48 versehen,
der mittels eines Steuer geräts 50 wahlweise
beaufschlagt werden kann. Mittels des Heizwiderstands 48 kann
dadurch eine Stellung des Stößels 34 annähernd unabhängig von
der Temperatur des das Dehnstoffelement 32 umgebenden Kühlmittels
eingestellt werden.
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In der 1 ist
eine Stellung des Stößels 34 mit
den daran befestigten Ventiltellern dargestellt, die der Situation
unmittelbar nach einem Kaltstart im Motorwarmlauf entspricht. In
diesem Fall verschließt
das Thermostatventil 30 sowohl eine Strömungsverbindung von der Kaltzulaufleitung 40 für gekühltes Kühlmittel
zum Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14 als
auch eine Strömungsverbindung
von der Heißzulaufleitung 38 für erhitztes
Kühlmittel
zum Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14.
Im Motorwarmlauf wird der Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14 somit
nicht von Kühlmittel
durchströmt.
Dies hat den Vorteil, dass keine unnötigen Wärmeverluste des Kühlmittels
im Motorwarmlauf auftreten und das Kühlmittel vielmehr möglichst
rasch erwärmt
werden kann. Bekanntermaßen
läuft das
Kühlmittel
vom Verbrennungsmotor 10 im Motorwarmlauf durch Steuerung
des Thermostatventils 22 über die Bypassleitung 26 und
wieder in den Verbrennungsmotor 10.
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Innerhalb des Gehäuses 36 des Thermostatventils 30 wird
jedoch aus der Heißzulaufleitung 38 für erhitztes
Kühlmittel
vom Verbrennungsmotor 10 ein Leckstrom 52 abgezweigt,
der mittels eines Pfeiles innerhalb des Thermostatventils 30 symbolisiert ist.
Dieser Leckstrom 52 tritt durch Öffnungen in einer Trennwand 54 hindurch,
die eine Eintrittskammer für erhitztes
Kühlmittel
aus der Heißzulaufleitung 38 von dem
Kühlmittelrücklauf aus
dem Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14 trennt.
Die Öffnungen
in der Trennwand 54 sind dabei so angebracht, dass der
Leckstrom 52 unmittelbar an dem Gehäuse des Dehnstoffelements 32 vorbeistreicht. Über die
Rücklaufleitung 44 wird
der Leckstrom 52 dann wieder zur Kühlmittelpumpe 28 und
in den Verbrennungsmotor 10 zurückgeführt. Die Öffnungen in der Trennwand 54 sind
so bemessen, dass der Leck strom 52 mengenmäßig sehr
klein ist und gerade ausreicht, die Temperatur des Dehnstoffelements 32 der
Kühlmitteltemperatur
in der Heißzulaufleitung 38 nachzuführen. In
der dargestellten Motorwarmlaufstellung des Thermostatventils 30 wird
die Temperatur des Dehnstoffelements 32 somit durch die
Temperatur des erhitzten Kühlmittels
in der Heißzulaufleitung 38 bestimmt.
Da der Leckstrom 52 mengenmäßig sehr klein ist, sind die
Wärmeverluste
durch den Leckstrom 52 vernachlässigbar, so dass der Warmlauf
des Verbrennungsmotors 10 nicht oder nur unwesentlich verlängert wird.
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Sobald das erhitzte Kühlmittel
in der Heißzulaufleitung 38 eine
Temperatur erreicht hat, die einen Hub des Dehnstoffelements 32 verursacht,
wird mittels des Dehnstoffelements 32 und des Stößels 34 eine
Strömungsverbindung
zwischen der Heißzulaufleitung 38 für erhitztes
Kühlmittel
und dem Kühlmitteleintritt
des Öl-/Kühlmittelwärmetauschers 14 geöffnet. In
einer solchen Ölaufheizstellung
wird der Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14 somit
von erhitztem Kühlmittel
aus der Heißzulaufleitung 38 durchströmt. Mittels
dieses erhitzten Kühlmittelstroms
kann dann das Getriebeöl
im Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14 aufgewärmt werden.
In der Ölaufheizstellung
wird somit der Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14 von
Kühlmittel
durchströmt
und folglich wird auch der Kühlmittelrücklaufbereich
des Gehäuses 36,
in dem das Dehnstoffelement 32 angeordnet ist, von Kühlmittel
durchströmt.
Gegenüber
der Motorwarmlaufstellung sinkt dadurch die Druckdifferenz über die
Trennwand 54, so dass der Leckstrom 52 mengenmäßig verringert wird.
Dies deshalb, da der Strömungswiderstand
zwischen der Heißzulaufleitung 38 und
der Rücklaufleitung 44 nun
hauptsächlich
durch den Strömungswiderstand
des Öl-/Kühlmittelwärmetauschers 14 bestimmt
ist, der wesentlich geringer ist als der Strömungswiderstand der Durchgangsöffnungen
in der Trennwand 54. Näherungsweise
kann davon ausgegangen werden, dass die Durchgangsöffnungen
in der Trennwand 54 in der Ölaufheizstellung hydraulisch
verschlossen werden. In der Ölaufheizstellung wird
die Temperatur des Dehnstoffelements 32 somit durch die
Temperatur im Kühlmittelrücklauf vom Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14 bestimmt.
Dadurch wird die Ölaufheizstellung
solange beibehalten werden, bis das über die Leitungen 16 und 18 zirkulierende
Getriebeöl
eine gewünschte
Temperatur erreicht hat.
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Nach Erwärmung des Getriebeöls wird
dann die Temperatur im Kühlmittelrücklauf des Öl-/Kühlmittelwärmetauschers 14 ansteigen,
das Dehnstoffelement 32 weiter erwärmen und dadurch einen weiteren
Hub des Dehnstoffelements 32 verursachen. Durch diesen
weiteren Hub des Stößels 34 wird
zusätzlich
eine Strömungsverbindung
zwischen der Kaltzulaufleitung 40 für gekühltes Kühlmittel und dem Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14 geöffnet. Dadurch wird
erhitztes Kühlmittel
aus der Heißzulaufleitung 28 mit
gekühltem
Kühlmittel
aus der Kaltzulaufleitung 40 vom Fahrzeugkühler 24 in
der Mischkammer des Gehäuses 36 des
Thermostatventils 30 gemischt und in dem Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14 eingeleitet. Auch
in diesen normalen Regelbetriebsstellungen erfolgt die Regelung
der Kühlmittelzulauftemperatur
für den Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14 in
Abhängigkeit der
Kühlmittelaustrittstemperatur
des Öl-/Kühlmittelwärmetauschers 14.
Das Getriebeöl
des Getriebes 12 kann dadurch in einem optimalen Temperaturbereich
gehalten werden. Auch für
die normalen Regelbetriebsstellungen gilt, dass die Durchgangsöffnungen
in der Trennwand 54 näherungsweise
hydraulisch verschlossen sind.
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Steigt die Temperatur des Getriebeöls im Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14 im
Fahrbetrieb auf Werte oberhalb des gewünschten Temperaturbereichs
an, erhöht
sich auch die Temperatur im Kühlmittelrücklauf des Öl-/Kühlmittelwärmetauschers 14 und
verursacht dadurch eine weitere Auslenkung des Kolbens des Dehnstoffelements 32.
In einem solchen Belastungsfall muss das Getriebeöl gekühlt werden und
das Dehnstoffelement 32 verschiebt den Stößel 34 in
eine Ölkühlstellung.
In dieser Öl kühlstellung verschließen die
auf dem Stößel 34 angebrachten Ventilteller
eine Strömungsverbindung
von der Heißzulaufleitung 38 für erhitztes
Kühlmittel
vom Verbrennungsmotor 10 und dem Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14. Gleichzeitig
wird die Strömungsverbindung zwischen
der Kaltzulaufleitung 40 für gekühltes Kühlmittel vom Fahrzeugkühler 24 und
dem Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14 offengehalten
oder weiter geöffnet.
Der Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14 wird
dadurch ausschließlich
von gekühltem
Kühlmittel durchströmt, so dass
das Getriebeöl
wieder abgekühlt
werden kann.
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Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann
mittels des einzigen Dehnstoffelements 32 dadurch eine
Regelung erreicht werden, die in einer Motorwarmlaufstellung auf
der Temperatur des erhitzten Kühlmittels
in der Heißzulaufleitung 38 basiert und
in der Ölaufheizstellung,
der normalen Regelbetriebsstellung und der Ölkühlstellung dahingegen auf der
Kühlmittelaustrittstemperatur
des Öl-/Kühlmittelwärmetauschers 14 basiert.
Dennoch treten in der Motorwarmlaufphase keine nennenswerten Wärmeverluste
des Kühlmittels
auf, da das Dehnstoffelement 32 lediglich von dem mengenmäßig sehr
geringen Leckstrom 52 durch die Trennwand 54 hindurch angeströmt wird.
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Mittels eines elektrischen Heizwiderstands 48 und
einem Steuergerät 50 kann
das Dehnstoffelement 32 zusätzlich beheizt werden. Beispielsweise ist
im Steuergerät 50 ein
Kennfeld abgelegt, über
das in Abhängigkeit
der Motorlast und gegebenenfalls weiterer Parameter eine Kühlmitteldurchströmung des Öl-/Kühlmittelwärmetauschers
ermöglicht
werden kann, noch bevor das Dehnstoffelement 32 ausreichend
erwärmt
wurde. Dies kann beispielsweise bei starker Beschleunigung, hoher
Fahrgeschwindigkeit oder auch bei Anhängebetrieb sinnvoll sein.
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Die schematische Darstellung der 2 zeigt einen einlassgeregelten
Kühlkreislauf
mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Temperierung des Getriebeöls.
In der Darstellung der 2 sind Komponenten,
die zu den in der 1 gezeigten Komponenten
funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Im folgenden soll zur Vereinfachung der Erläuterung lediglich auf die Unterschiede
zu dem in der 1 gezeigten
System eingegangen werden.
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Das Thermostatventil 22 liegt
im Unterschied zum System der 1 in
der Rücklaufleitung 29 vom Hochtemperaturabschnitt 46 des
Fahrzeugkühlers 24 zur
Kühlmittelpumpe 28.
Eine Kühlmittelrücklaufleitung 55 verbindet
das Gehäuse 36 des
zweiten Thermostatventils 30 mit dem ersten Thermostatventil 22.
Das erste Thermostatventil 22 ist weiter über eine
Zulaufleitung 56 mit dem Kühlmittelauslaß des Verbrennungsmotors 10 verbunden.
Eine weitere Heißzulaufleitung 57 verbindet
den Kühlmittelauslaß des Verbrennungsmotors 10 mit
dem Gehäuse 36 des
zweiten Thermostatventils 30.
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In einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors 10 wird
mittels der an dem Stößel 34 angeordneten
Ventilteller eine Durchströmung
des Öl-/ Kühlmittelwärmetauschers 14 verhindert,
so dass kein Kühlmittel
aus der Zulaufleitung 57 durch den Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14, durch
die Rücklaufleitung 55 und
wieder in die Rücklaufleitung 29 gelangen
kann. Lediglich eine Leckströmung 52 wird
aus der Heißzulaufleitung 57 abgezweigt,
streicht am Gehäuse
des Dehnstoffelements 32 vorbei und gelangt über die
Rücklaufleitung 55,
das Thermostatventil 22 und die Rücklaufleitung 29 wieder
zur Pumpe 28 und in den Verbrennungsmotor 10.
Durch die Leckströmung 52 wird
das Dehnstoffelement 32 beim Warmlauf des Verbrennungsmotors 10 erwärmt.
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Hat die Leckströmung 52 das Dehnstoffelement 32 ausreichend
erwärmt,
so verschiebt dieses den Stößel 34 und
zunächst
wird eine Durchströmung
des Öl-/Kühlmittelwärmetauschers 14 mit
erhitztem Kühlmittel
aus der Heißzulaufleitung 57 ermöglicht.
Dadurch wird ein Aufheizbetrieb für das Öl im Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14 eingestellt.
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Bei weiter ansteigender Temperatur
im Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14,
beispielsweise nach Erwärmung
des Öls
vom Getriebe 12, verschiebt das Dehnstoffelement 32 den
Stößel 34 weiter
und realisiert einen normalen Regelbetrieb. Im normalen Regelbetrieb
wird heißes
Kühlwasser
aus der Heißzulaufleitung 57 mit
kaltem Kühlwasser
aus der Kaltzulaufleitung 40 gemischt und in den Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14 eingespeist.
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Steigt die Öltemperatur im Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14 über ein
vordefiniertes Niveau an, wird mittels des Stößels 34 und der daran
angeordneten Teller der Zulauf von heißem Kühlmittel aus der Heißzulaufleitung 57 unterbunden
und lediglich abgekühltes
Kühlmittel
aus der Kaltzulaufleitung 40 in den Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14 eingespeist. Auf
diese Weise kann das Öl
im Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14 gekühlt werden.
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Die Schnittansicht der 3 zeigt ein Thermostatventil 60 gemäß einer
ersten Ausführungsform für eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
Das Thermostatventil 60 weist ein Gehäuse 62 auf, das eine Heißzulauföffnung 64 für erhitztes
Kühlmittel
von einer Brennkraftmaschine, eine Kaltzulauföffnung 66 für gekühltes Kühlmittel
von einem Fahrzeugkühler und
eine Austrittsöffnung 68 definiert,
aus der Kühlmittel
in einen Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
eintreten kann. In dem Gehäuse 62 ist
darüber
hinaus ein Durchgangskanal 70 vorgesehen, über den
Kühlmittel
aus dem Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
in das Gehäuse 62 ein-
und aus diesem wieder austritt.
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Ein Dehnstoffelement 72 ist
mit einem ersten Gehäuseabschnitt
in dem Durchgangskanal 70 angeordnet. Ausgehend von dem
ersten Gehäuse abschnitt
erstreckt sich das Dehnstoffelement durch eine Trennwand 74 in
dem Gehäuse
und ist mit einem zweiten Gehäuseabschnitt
in einem Kanal in dem Gehäuse 62 angeordnet,
der in Strömungsverbindung
mit der Heißzulauföffnung 64 für erhitztes Kühlmittel
steht. Die Trennwand 74 ist im Bereich der Durchgangsöffnung,
in die das Dehnstoffelement 72 eingeschoben ist, mit drei
jeweils um 120° beabstandeten
Nuten am Innenumfang der Durchgangsöffnung versehen. In der Durchgangsöffnung der
Trennwand 74 kann dadurch einerseits das Dehnstoffelement 72 befestigt
werden, andererseits ist eine Strömungsverbindung zwischen der
Heißzulauföffnung 64 für erhitztes
Kühlmittel
von der Brennkraftmaschine und dem Durchgangskanal 70 geschaffen.
Wie anhand der 1 erläutert wurde,
kann durch diese in der 3 nicht
erkennbaren Nuten an der Durchgangsöffnung in der Trennwand 74 während einer Motorwarmlaufphase
erhitztes Kühlmittel
von der Heißzulauföffnung 64 in
den Durchgangskanal 70 gelangen, wobei lediglich ein Leckstrom
am Dehnstoffelement 72 vorbeiströmt, der mengenmäßig ausreicht,
um das Dehnstoffelement 72 auf die Temperatur des erhitzten
Kühlmittels
von dem Verbrennungsmotor zu erwärmen.
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Ein Kolben des Dehnstoffelements 72 beaufschlagt
einen Stößel 76,
der entlang einer Längsachse 78 verschiebbar
in dem Gehäuse 62 aufgenommen
ist. An seinem, dem Dehnstoffelement 72 zugewandten Ende
ist der Stößel 76 mit
einem Schieber 80 versehen. Der Schieber 80 weist
zwei im Abstand voneinander angeordnete Teller auf, die mittels
zweier oder mehrerer Längsstreben
miteinander verbunden sind. Mittels des Schiebers 80 wird
in der in der 3 dargestellten
Motorwarmlaufstellung eine Strömungsverbindung
zwischen der Heißzulauföffnung 64 für erhitztes
Kühlmittel
vom Verbrennungsmotor und der Austrittsöffnung 68 und somit
dem Eintritt in den Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
unterbrochen.
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Ausgehend von dem Schieber 80 zu
dem, dem Dehnstoffelement 72 gegenüberliegenden Ende, folgt auf
den Schieber 80 ein umlaufender Absatz 82 oder
Mitnehmer an dem Stößel 76,
durch den bei Verschiebung des Stößels 76 ein am Gehäuse 62 abgestützter federbelasteter
Teller 84 aufgedrückt
werden kann. Der Teller 84 sperrt in der in der 2 dargestellten Motorwarmlaufstellung
eine Strömungsverbindung
zwischen der Kaltzulauföffnung 66 für gekühltes Kühlmittel
von einem Fahrzeugkühler
und der Austrittsöffnung 68 und
somit dem Eintritt in den Öl-/ Kühlmittelwärmetauscher
ab. Der Teller 84 ist verdrehbar auf dem Stößel 76 geführt und
dabei in konventioneller Weise gegen diesen abgedichtet. In der in
der 2 dargestellten
Motorwarmlaufstellung wird der Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
somit nicht durchströmt.
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An seinem, dem Dehnstoffelement 72 gegenüberliegenden
Ende ist der Stößel 76 in
einer Führungsbuchse 86 eines
Abschnitts des Gehäuses 62 längsverschiebbar
aufgenommen. Die Führungsbuchse 86 ist
mittels dreier sternartig angeordneter Streben am Gehäuse 62 gehalten.
Der Stößel 76 selbst
ist mittels einer Feder 88, die sich am Gehäuse 62 abstützt, gegen
das Dehnstoffelement 72 vorgespannt, so dass der Stößel 76 und
das Dehnstoffelement 72 im abgekühlten Zustand stets die in
der 2 dargestellte Position
einnehmen.
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Die Feder 88 kann auch als
sogenannte Überdruckfeder
ausgelegt werden und dadurch einen Überdruck im Kühlkreislauf
auf einen vordefinierten Wert begrenzen. Steigt nämlich ein
Kühlmitteldruck
an der Heißzulauföffnung 64 für erhitztes
Kühlmittel
vom Verbrennungsmotor über
einen vordefinierten Wert an, wird der Schieber 80 gegen
die Federkraft der Feder 88 in der Darstellung der 3 nach links gedrückt und
gibt die Heißzulauföffnung 64 frei.
Eine Druckentlastung kann dann über
den Öl-/Kühlmittelwärmetauscher 14 erfolgen.
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In der Darstellung der 3 ist gut zu erkennen, dass
bei der Konzeption des Thermostatventils 60 auf eine einfache
Montierbarkeit geachtet wurde. Das Gehäuse 62 ist zweiteilig
ausgeführt,
wobei ein zweiter Gehäuseteil 67 in
eine passende Bohrung des ersten Gehäuseteils eingeführt und
gegen diesen abgedichtet ist. Am zweiten Gehäuseteil 67 stützt sich
beispielsweise die Feder 88 ab und in diesem zweiten Gehäuseteil 67 ist
die Führungsbuchse 86 angeordnet.
Der Stößel 76 ist
in Richtung auf das Dehnstoffelement 72 zu mit ansteigenden
Durchmessern ausgebildet, so dass der Schieber 80 den größten Durchmesser
aufweist. Der Ansatz 82 sowie der darauffolgende Abschnitt
des Stößels 76,
auf dem der Teller 84 verschiebbar aufgenommen ist, ist
dahingegen mit geringerem Durchmesser ausgeführt. Den geringsten Durchmesser
schließlich
weist derjenige Abschnitt des Stößels auf,
der in der Führungsbuchse 86 geführt ist.
Zur Montage des Thermostatventils 60 wird zunächst das
Dehnstoffelement 72 in die entsprechende Aufnahme in der
Trennwand 74 eingepresst. Daraufhin kann der Stößel 76 in
das Gehäuse 62 eingeschoben
werden. Nach Aufschieben des Tellers 84 und Aufsetzen der
Feder 88 sowie der Feder, die den Teller 84 vorspannt,
wird dann der zweite Gehäuseteil 67 aufgesetzt
und mit dem ersten Gehäuseteil
verbunden.
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Wie anhand der 1 bereits erläutert wurde, strömt in der
dargestellten Motorwarmlaufstellung ein Leckstrom mit erhitztem
Kühlmittel
am Gehäuse des
Dehnstoffelements 72 vorbei, so dass dieses erwärmt wird
und sich der Kolben in der Darstellung der 2 nach links verschiebt. In der Folge öffnet der Stößel 76 zunächst die
Strömungsverbindung
zwischen der Heißzulauföffnung 64 und
der Austrittsöffnung 68,
so dass vom Verbrennungsmotor erwärmtes Kühlmittel in den Öl-/Kühlmittelwärmetauscher einströmen kann.
Sobald der Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
von Kühlmittel
durchströmt
ist, sinkt das Druckgefälle über die
Trennwand 74 und ist nun hauptsächlich durch den Druckverlust
des Öl- /Kühlmittelwärmetauschers
bestimmt. Dadurch wird der Leckstrom über die Trennwand 74 im
wesentlichen vollständig
unterbunden.
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Bei weiterer Erwärmung des Dehnstoffelements 72 wird über den
Ansatz 82 des Stößels 76 der federbelastete
Teller 84 in der Darstellung der 2 nach links verschoben und öffnet dadurch
eine Strömungsverbindung
zwischen der Kaltzulauföffnung 66 und
der Austrittsöffnung 68,
so dass gekühltes
Kühlmittel
vom Fahrzeugkühler
mit erhitztem Kühlmittel von
der Brennkraftmaschine im Thermostatventil 60 gemischt
und über
die Austrittsöffnung 68 in
den Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
eingespeist wird. Das Mischungsverhältnis wird in Abhängigkeit
der Kühlmitteltemperatur
im Durchgangskanal 70 geregelt, in den der zweite Gehäuseabschnitt
des Dehnstoffelements 72 vorragt.
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Bei weiterer Erwärmung des Dehnstoffelements 72 wird
mittels des Schiebers 80 eine Strömungsverbindung von der Heißzulauföffnung 64 zur Austrittsöffnung 68 wieder
unterbrochen, so dass kein erhitztes Kühlmittel vom Verbrennungsmotor mehr
in den Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
eintreten kann. Der Kühlmittelwärmetauscher
wird dann nur noch von gekühltem
Kühlmittel
aus dem Fahrzeugkühler
durchströmt,
das in diesen über
die Strömungsverbindung
zwischen der Kaltzulauföffnung 66 und
der Austrittsöffnung 68 gelangt.
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Eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Thermostatventils 90 ist
in einer Schnittansicht in der 4 dargestellt.
Ein Dehnstoffelement 92 ist mit einem ersten Gehäuseabschnitt
in einem Durchgangskanal 94 des Thermostatventils 90 angeordnet,
der stromabwärts
des Kühlmittelauslasses
eines Öl-/Kühlmittelwärmetauschers
angeordnet wird. Das Dehnstoffelement 92 durchsetzt mit
seinem Gehäuse
eine Durchgangsbohrung in einer Trennwand des Gehäuses des
Thermostatventils 90 und ist mit einem zweiten Gehäuseabschnitt
in einem Kühlmittelzulauf 97 für erhitztes
Kühlmittel
von einem Verbrennungsmo tor angeordnet. Eine Durchgangsbohrung in
der Trennwand ist an ihrem Umfang mit Nuten 96 versehen,
die eine Strömungsverbindung zwischen
dem Kühlmittelzulauf 97 für erhitztes
Kühlmittel
und dem Durchgangskanal 94 ermöglichen. Das Dehnstoffelement 92 beaufschlagt
einen Stößel 98,
der analog zu dem in der 2 beschriebenen Stößel einen
Schieber und einen Ansatz aufweist. Der Ansatz des Stößels 98 kann
einen federbelasteten Teller 100 bewegen. Wie anhand der 2 erläutert wurde, kann dadurch mittels
des Dehnstoffelements 72, dem Stößel 98 mit dem Schieber
und dem Teller 100 eine Eintrittstemperatur des Kühlmittels
in den Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
eingestellt werden.
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An seinem, dem Dehnstoffelement 92 gegenüberliegenden
Ende des Stößels 98 durchsetzt dieser
eine weitere Trennwand des Gehäuses,
das die Kühlmittelkanäle des Gehäuses von Ölkanälen trennt.
Das dem Dehnstoffelement 92 gegenüberliegende Ende des Stößels 98 ist
bereits in einem Öldurchgangskanal 102 angeordnet
und kann eine Strömungsverbindung
durch diesen Öldurchgangskanal 102 dadurch
freigeben, dass ein federbelasteter Teller 104 aufgedrückt wird.
Der Öldurchgangskanal 102 ist
stromaufwärts
oder stromabwärts
des Öl-/Kühlmittelwärmetauschers
vorgesehen. In der in der 3 dargestellten
Motorwarmlaufstellung ist somit eine Ölzirkulation durch den Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
unterbunden. Erst nachdem das Dehnstoffelement 72 erwärmt wurde,
wird sowohl eine Kühlmittelströmung als
auch eine Ölströmung durch den Öl-/Kühlmittelwärmetauscher
freigegeben. Auf diese Weise lässt
sich die Erwärmung
des Getriebeöls
in der Kaltstartphase weiter beschleunigen.