DE4040323A1 - Thermostatventil fuer die kuehleinrichtung einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Thermostatventil gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1. Insbesondere bei ein Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschinen besteht bekanntlich im Augen­ blick des Kaltstarts und Warmlaufs das Problem, daß die Maschi­ ne möglichst schnell erwärmt werden muß. Um dies zu erreichen, ist es bekannt, bei kaltem Kühlmittel den Radiator, d. h. bei reiner Flüssigkeitskühlung den Kühler und bei Verdampfungsküh­ lung den Kondensator, mittels einer Bypassleitung zu umgehen, die hierzu ein temperaturabhängiges Ventil mit einem Dehnstoff­ element enthält. Diese Bypassleitung wird durch das definierte Thermostatventil nur bei niedrigen Temperaturen des Kühlmittels durchgeschaltet, so daß sich dann ein "kleiner" Kühlkreislauf unter Ausschluß des Radiators ergibt; die demgemäß ebenfalls relativ kleine Kühlmittelmenge wird in der Maschine schnell er­ wärmt. Sobald die Kühlmitteltemperatur einen vorgegebenen Min­ destwert überschreitet, unterbricht das Thermostatventil die Bypassleitung, so daß das heiße, gegebenenfalls verdampfte Kühlmittel nach Verlassen der Brennkraftmaschine in den Radi­ ator gelangt, dort abgekühlt und wieder der Maschine zugeführt wird.

Ein gattungsgemäßes Thermostatventil, wie es auch in großem Um­ fange im Prinzip Einsatz gefunden hat, ist aus der US-PS 39 21 600 bekannt: Sieht man einmal von einem weiteren Thermostatven­ til ab, das die beschriebene Bypassleitung erst bei Erreichen eines vorgegebenen, relativ niedrig liegenden Temperaturwerts zur Öffnung freigibt, so findet sich dort ein Thermostatventil mit einem Dehnstoffelement, das gleichsam zwischen zwei Ventil­ körpern liegt, von denen einer zum Abschluß einer Kammer gegen den ersten Anschluß, dagegen der andere zum Abschluß der Kammer gegen den zweiten Abschluß dient; die beiden Ventilkörper wir­ ken alternierend mit ihnen jeweils zugeordneten Ventilsitzen zusammen. Dabei liegt das Dehnstoffelement zunächst im Wege der Bypass-Strömung, so daß es die Temperatur desjenigen Kühlmit­ tels erfaßt, das die Maschine verlassen hat.

Sobald das Thermostatventil jedoch die besagte Gehäusekammer gegen den ersten Anschluß verschlossen hat, also die Bypass- Strömung unterbunden ist, liegt das Dehnstoffelement allein im Strömungswege desjenigen Kühlmittels, das nach Abkühlung den Radiator verlassen hat. Verständlicherweise können bei Tempera­ turschwankungen auch Zwischenzustände auftreten, in denen also sowohl die Bypass-Strömung als auch die Strömung zwischen dem zweiten und dritten Anschluß vorhanden sind; dann ergibt sich im Bereich des Dehnstoffelements durch Vermischung der beiden Strömungen eine Mischtemperatur.

Von Nachteil ist nun die Tatsache, daß bei warmer Maschine, al­ so zumindest weitgehend unterbundener Bypass-Strömung, das Dehnstoffelement im wesentlichen durch die Temperatur des vom Radiator kommenden Kühlmittels, im Falle einer Verdampfungsküh­ lung also des Kondensats, gesteuert wird. Hier können sich Schwierigkeiten ergeben. Nimmt man einmal an, das Dehnstoffele­ ment sei so ausgelegt, daß bei einer Verdampfungskühlung beim Erreichen der Siedetemperatur in der Kurzschlußströmung diese unterbunden wird, so bedeutet der entsprechende Schaltvorgang des Thermostatventils, daß sein Dehnstoffelement nun nicht mehr von dem heißen, aus der Maschine kommenden Kühlmittel, sondern von dem relativ kalten, aus dem Radiator kommenden Kühlmittel umströmt wird, wodurch intermittierende Ventilbestätigungen aufeinander folgen, bis schließlich nach längerer Zeit ein Tem­ peraturausgleich stattgefunden hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Thermostatventil so auszulegen, daß es in Abhängigkeit von ei­ nem vorgegebenen Temperaturwert eindeutige Strömungsverhältnis­ se in der Kühleinrichtung der Kraftmaschine sicherstellt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbil­ dungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion des Thermostatventils ist also sichergestellt, daß dessen Dehnstoffelement nicht nur während der Durchschaltung der Bypassleitung, also bei niedri­ gen Temperaturen, sondern auch bei hohen Maschinentemperaturen von demjenigen Kühlmittel umströmt wird, das die Maschine ver­ läßt, so daß diese Kühlmitteltemperatur über den gesamten Be­ triebsbereich die Arbeitsweise des Thermostatventils bestimmt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 perspektivisch, teilwei­ se im Schnitt, einen möglichen Aufbau der gesamten Kühleinrich­ tung - hier einer Verdampfungskühleinrichtung - für eine Brenn­ kraftmaschine wiedergibt, während Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Thermostatventil zeigt.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so erkennt man bei 1 die einen bekannten und daher nicht zu beschreibenden Aufbau besitzende Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Kühlräumen 2, die über die Kondensatpumpe 3 mit einem flüssigen Kühlmittel gespeist wer­ den, das bei warmer Maschine in den Kühlräumen 2 zumindest teilweise verdampft und dann über die Dampfleitung 4 dem Kon­ densator 5 zugeführt wird. Von diesem gelangt das Kondensat über die Leitung 6 wieder in die Kondensatleitung 7, womit der Kreislauf geschlossen ist. Druckseitig steht mit der Kondensat­ pumpe 3 ferner in diesem Ausführungsbeispiel eine Fahrzeughei­ zung 8 in Strömungsverbindung. Dasselbe gilt für den der Ma­ schine 1 zugeordneten Ölkühler 9, indem nämlich ein Teil der von der Kondensatpumpe 3 geförderten Kondensatmenge über die Kühlleitung 10 durch den Ölkühler 9 zur Dampfleitung 4 trans­ portiert wird; es wird also angenommen, daß auch bei der Küh­ lung des Öls im Ölkühler 9 zumindest ein Teil des zugeführten Kühlmittels verdampft.

Bei 11 ist ein Vorratsbehälter, bei 12 ein Ausgleichsbehälter für das Kühlmittel vorgesehen; letzterer dient dazu, auch bei Schwankungen des Dampfvolumens infolge Schwankungen der Last der Maschine 1 der Kondensatpumpe 3 schnell eine ausreichende Menge Kühlmittel zur Verfügung zu stellen.

Wie bereits eingangs erläutert, ist man daran interessiert, nach dem Starten der Maschine 1 eine schnelle Erwärmung dersel­ ben und nicht etwa eine Kühlung durch das Kühlmittel sicherzu­ stellen. Dem dient eine Bypassleitung, die die Leitungen 13 und 14 sowie das Thermostatventil 15 enthält, das im folgenden an­ hand Fig. 2 erläutert wird. Dieses Thermostatventil 15 enthält in dem Gehäuse 16 das Dehnstoffelement 17, das zur Betätigung von zwei Ventilen dient, von denen in Fig. 1 nur die Ventil­ teller 18 und 19 erkennbar sind. Wie Fig. 1 zeigt, besitzt das Gehäuse 16 drei Anschlüsse: Der erste Anschluß 20, der auch als Kurzschlußanschluß zu bezeichnen ist, steht über die Leitung 13 dauernd in Strömungsverbindung mit der Dampfleitung 4. Der zweite Anschluß 21 stellt dauernd eine Verbindung mit dem Kühl­ mittelauslaß des Kondensators 5, also bei einer Verdampfungs­ kühlung dem Kondensatauslaß, her. Der seitlich abgehende dritte Anschluß schließlich führt zur Kondensatleitung 7.

Betrachtet man nun anhand Fig. 2 die Konstruktion des Thermo­ statventils 15 im einzelnen, so erkennt man, daß das Dehnstoff­ element 17 bekannten und daher nicht zu beschreibenden Aufbaus mit seinem temperaturempfindlichen Bereich (Fühlteil) in den ersten Anschluß 20 dauernd hineinragt und sein Kolben in der Gehäusekammer 23 mittels querverlaufender Streben oder anderer Trageinrichtungen, sogen. Widerlager, die aber die Kühlmittel­ strömung möglichst wenig behindern und allgemein mit 24 be­ zeichnet sind, axial gehalten ist. Diese axiale Lagerung ge­ schieht dadurch, daß die Druckfeder 25 die Trageinrichtung 24 gegen die Schulter 26 im Gehäuse 16 drückt. Die Feder 25 ihrer­ seits ist durch den eingeschraubten oder angeschweißten zweiten Anschluß 21 niedergedrückt.

Die beiden Anschlüsse 1 und 2 liegen mit ihren Ventilsitzen 27 und 28 einander längs der Achse 29 des Dehnstoffelements 17 un­ ter Bildung der Gehäusekammer 23 gegenüber. Mittels der Halte­ rung 30, die am Gehäuse des Dehnstoffkörpers 17 an einer gegen das Widerlager 24 axial in Richtung auf den ersten Anschluß 20 versetzten Stelle angreift, sind die beiden bereits erwähnten Ventilkörper 18 und 19 gehalten, wobei der Ventilkörper 19 an dieser Halterung mittels der Druckfeder 31 axial verschiebbar gelagert ist. Diese verschiebbare Lagerung dient dem Ausgleich von Toleranzen zwischen den beiden Ventilsitzen 27 und 28.

In der dargestellten Lage der beiden Ventilkörper 18 und 19 ist Warmlauf der Maschine angenommen, d. h. durch Verbindung der Anschlüsse 20 und 21 infolge Abhebens des Ventilkörpers 18 vom Ventilsitz 27 ist die Bypass-Strömung hergestellt. Übersteigt dagegen die Temperatur des durch den ersten Anschluß 20 zuströ­ menden, das Dehnstoffelement 17 umströmenden Kühlmittels die Siedetemperatur, so bewirkt eine axiale Ausdehnung des Dehn­ stoffelements 17 die Auflage des Ventilkörpers 18 auf dem zuge­ ordneten Ventilsitz 27 und praktisch gleichzeitig die Freigabe des Ventilsitzes 28 durch den Ventilkörper 19, so daß der Kurz­ schluß für den Kondensator 5 (siehe Fig. 1) aufgehoben wird. Da erfindungsgemäß die Arbeitsweise des Dehnstoffelements 17 allein von der Temperatur des die Brennkraftmaschine verlassen­ den Kühlmittels bestimmt werden soll, ist am Ventilsitz 27 eine Leckageöffnung 32 vorgesehen, die sicherstellt, daß auch bei im übrigen unterbrochener Kurzschluß-Strömung das Dehnstoffelement 17 von dieser heißen Kühlmittelströmung beaufschlagt wird.

Diese Bewegung der Ventilkörper 18 und 19 in Fig. 2 nach unten erfolgt gegen die Wirkung der Feder 33, die verständlicherweise erheblich schwächer ausgelegt ist als die Feder 25.

Mit der Erfindung ist demgemäß ein gattungsgemäßes Thermostat­ ventil geschaffen, das mit einfachen Mitteln über den gesamten Betriebsbereich der Maschine sicherstellt, daß Ein- und Aus­ schaltung der beschriebenen Bypass-Strömung allein in Abhängig­ keit von der Temperatur des die Maschine verlassenden Kühlmit­ tels erfolgen.

Claims (7)

1. Thermostatventil zur von einer Kühlmitteltemperatur abhängi­ gen Freigabe einer Bypassleitung für einen Radiator einer Kühleinrichtung einer Brennkraftmaschine, insbesondere einen Kondensator einer gefluteten Verdampfungskühleinrichtung, wobei das Ventil ein Gehäuse mit einem ersten Anschluß für ein zu einem Kühlmitteleinlaß des Radiators führendes Teil­ stück der Bypassleitung, einem zweiten Anschluß zum Verbin­ den mit einem Kühlmittelauslaß des Radiators sowie einem dritten Anschluß zum Verbinden mit einer Kühlmittel-Speise­ leitung für die Maschine sowie zwei mittels eines Dehnstoff­ elements betätigte Ventilkörper zur Herstellung einer Strö­ mungsverbindung zwischen dem ersten und dritten Anschluß bei niedrigen, dagegen zwischen dem zweiten und dritten Anschluß bei hohen Temperaturen enthält, wobei das Dehnstoffelement während des Bestehens der Strömungsverbindung zwischen dem ersten und dritten Anschluß in der dann vorhandenen Bypass- Strömung des Kühlmittels liegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Dehnstoffelement (17) auf der dem ersten Anschluß (20) zugekehrten Seite beider Ventilkörper (18, 19) liegt und Maßnahmen (32) zur Sicherstellung einer begrenzten Bypass- Strömung um das Dehnstoffelement (17) auch bei hohen Tempe­ raturen dieser Strömung getroffen sind.

2. Thermostatventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Anschluß (20, 21) in Richtung der Achse (29) des Dehnstoffelements (17) unter Bildung ei­ ner Gehäusekammer (23) mit Ventilsitzen (27, 28) einander gegenüberliegen, von der seitlich der dritte Anschluß (22) abgeht und die die beiden mit jeweils einem der Ventilsitze (27, 28) gegensinnig zusammenwirkenden Ventilkörper (18, 19) aufnimmt, die an dem Dehnstoffelement (17) als ihrem Betäti­ gungsglied gehalten sind.

3. Thermostatventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ventilsitz (27) des ersten Anschlusses (20) und/oder am zugeordneten Ventilkörper (18) zumindest ein Strömungsdurchlaß (32) zur Sicherstellung der begrenzten By­ pass-Strömung vorgesehen ist.

4. Thermostatventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Fühlteil des Dehnstoffelementes (17) im Be­ reich des ersten Anschlusses (20) angeordnet und der Kolben des Dehnstoffelementes (17) in einem Widerlager (24) im Be­ reich der Gehäusekammer (23) abgestützt ist, daß das Gehäuse des Dehnstoffelements von einer Halterung (30) für die beiden Ventilkörper (18, 19) aufgenommen ist, und daß der Ventilhub (H1) zwischen einem der Ventilkörper (18) und seinem Ventil­ sitz (27) so ausgelegt ist, daß dieser Ventilkörper (18) bei einer vorgegebenen Mindesttemperatur des Kühlmittels im er­ sten Anschluß (20) auf dem Ventilsitz (27) aufsetzt.

5. Thermostatventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager des Dehnstoffelements (17) eine die Kühl­ mittelströmung zulassende Querträgeranordnung (24) enthält, die durch eine Feder (25) gegen eine Schulter (26) des Ge­ häuses (16) gedrückt ist.

6. Thermostatventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß einer der Ventilkörper (19) über eine Axial­ führung und eine Feder (31) gegenüber der Halterung (30) ge­ lagert und abgestützt ist.

7. Thermostatventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der eine Ventilkörper (18) gegen eine Feder (33) gegenüber dem Gehäuse (16) abstützt, die gegen die Schließ­ bewegung dieses Ventilkörpers (18) wirkt und eine geringere Federkraft aufweist als die Feder (25), die das Widerlager (24) gegen die Schulter (26) drückt.