CN108368950A - 用于冷却发动机的冷却回路布置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于借助冷却介质冷却发动机(2)的冷却回路布置(1),所述发动机特别是机动车辆燃烧式发动机,所述冷却介质能够通过冷却介质泵(4)在冷却介质回路(3)中的吸力侧(S)和压力侧(P)之间被输送,所述冷却介质回路包括穿过冷却器(6)的冷却器流体路径(7)和旁通流体路径(5),其中,冷却介质阀(8)布置在所述冷却介质回路(3)中,所述阀具有致动器(9)并用于设定流动通过所述冷却器流体路径(7)和所述旁通流体路径(5)的冷却介质流之间的体积流量比。根据本发明,所述致动器(9)具有能够液压致动的调节元件(17),所述调节元件能够经由与所述冷却介质阀(8)相关联的至少一个控制阀(11)被供应来自所述冷却介质回路(3)的冷却介质,特别是来自压力侧(P)的冷却介质,以便调节所述体积流量比。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的冷却回路布置,其用于借助于冷却介质(特别是水或油)冷却发动机,所述发动机特别是机动车辆燃烧式发动机,该冷却介质可以通过冷却介质泵(其特别是可以由发动机机械地驱动)在冷却介质回路的吸力侧和压力侧之间输送,该冷却介质回路包括通过冷却器(散热器)的冷却流体路径和旁通流体路径(其至少绕过冷却器的部分),其中,具有致动器的冷却介质阀布置在冷却介质回路中,用于设定流动通过冷却器流体路径和旁通流体路径的冷却介质流之间的体积流量比。本发明进一步涉及根据权利要求15的前序部分所述的优选地借助根据本发明的冷却回路布置用于冷却发动机、特别是机动车辆燃烧式发动机的方法,其中,冷却介质在冷却介质回路的吸力侧和压力侧之间输送,冷却介质回路包括通过冷却器(散热器)的冷却器流体路径和旁通流体路径(其至少绕过冷却器的部分),其中,具有致动器的冷却介质阀布置在冷却介质回路中,用于设定流动通过冷却器流体路径和旁通流体路径的冷却介质流之间的体积流量比。
背景技术
迄今为止,燃烧式发动机的冷却介质温度通过恒温阀调节,该恒温阀调节被泵送通过冷却器(散热器)的冷却水流的部分。最普遍的是具有膨胀元件的恒温阀,其根据在该位置处产生的冷却剂的温度成比例地打开和关闭恒温阀。通过在所谓的映射控制的恒温阀中根据需要对膨胀元件进行电加热来改进温度调节能力,从而可以使用控制单元将对应地配备的冷却回路布置的工作范围朝向较低的工作温度转移。
还偶尔使用电磁冷却介质阀,以便切换或操纵较小的冷却剂流动分支中的冷却介质流。使用由电马达控制的旋转滑阀作为冷却介质阀也是已知的。申请人也知道气动致动冷却介质阀偶尔被使用。
所有冷却介质阀的问题是加压阀室必需的良好密封。另外,已知的冷却回路布置的结构设计是复杂的并且不太稳健。已知的冷却介质阀的电磁致动器也是不利的,因为它们的重量相对较高且成本较高。已知的具有对应致动器的冷却介质阀的组装空间也相对较大。
DE 10 2012 018 105 A1(Thermostat Valve with Expansion Element),DE 202004 018 136 U1和DE 10 2008 032 494 A1作为公开的现有技术引用。
发明内容
因此,从上述现有技术出发,本发明的目的是指示一方面具有简单结构设计、并且还需要较少的组装空间的冷却回路布置。可能的错误也被降低到最低限度;特别地,对冷却介质阀的密封要求很小。根据本发明的冷却回路布置的冷却介质阀优选被设计成使得冷却介质阀可以在特定的操作状态中被致动,而与冷却介质温度或发动机油温度无关。
本发明的目的还在于指示一种用于冷却发动机的对应地改进的方法。
该目的通过具有权利要求1中的特征的冷却回路布置实现,即在给定一般冷却回路布置的情况下,通过使液压致动器具有可液压致动调节元件,该可液压致动调节元件可以经由关联于冷却介质阀的至少一个控制阀、特别是从(冷却介质回路的)压力侧被供应冷却介质,以设定(在流动通过冷却器流体路径的冷却介质体积流量与流动通过旁通流体路径的冷却介质体积流量之间的)体积流量比。
对于所述方法,利用权利要求15中的特征实现该目的,即在一般方法中,通过使致动器具有可液压致动的调节元件,该可液压致动的调节元件从压力侧供应冷却介质,以经由关联于冷却介质阀的控制阀设定体积流量比。
在从属权利要求中指出了本发明的有利的进一步研发。
说明书、权利要求书和/或附图中公开的至少两个特征的所有组合均落入本发明的框架内。
为了避免重复,关于该装置公开的特征对于该方法也被认为是公开的并且要求保护的。以类似的方式,关于该方法公开的特征对于该装置也被认为是公开的并且要求保护的。
本发明基于为冷却介质阀配备液压致动器,即具有可液压致动(可移位)调节元件的构思,其液压移位可以改变或设定体积流量比。现在重要的是不用外部或单独的液压介质来使调节元件移位,而是使用冷却介质本身。为此目的,设置调节元件可以特别地从冷却介质回路的压力侧供应冷却介质以用于其移位,并因此用于设定体积流量比,特别是通过或借助于至少一个控制阀,所述至少一个控制阀如下面还要解释的优选地被控制单元致动,其中,所述致动至少不必绝对取决于实际冷却介质温度或发动机的实际油温。相反,根据本发明的冷却回路布置使得可以例如在急剧升高(例如可以通过关联于控制单元的导航装置来确定)之前和/或下降部分之前,预先设定体积流量比并且因此设定冷却介质温度。也可以经由控制单元改变用于各种操作状态的冷却介质温度的期望值,例如通过规定用于部分负荷操作或满负荷操作的不同的期望温度值,或者通过还包括(非发动机相关的)实际环境温度作为用于设定体积流量比的控制参数。此外,相比于仍然在实践中被使用的、可通过受容差和滞后影响的膨胀元件实现的效果,根据本发明的冷却回路布置使得可以更精确地调节或设定冷却介质温度。
在将冷却介质用作用于使调节元件移位的液压介质时应用液压致动器的另一个重要优点在于,冷却介质并且因此液压介质以及用于使调节元件移位所需的压力差已经存在于紧邻附近——在冷却介质回路中操作输送泵时在吸力侧和压力侧之间不可避免地存在压力差。通过选择调节元件的加压表面之间的适当比,特别是当调节元件不被供应用于其移位的压力侧冷却介质、而是例如被供应吸力侧冷却介质时,在调节元件上也可以容易地设定移位所需的力差。重要的是,冷却介质的供应在调节元件上产生移位力,这使得调节元件移位以设定体积流量比,特别是抵抗复位弹簧的弹簧力。此外,用于冷却介质阀的密封件可以具有相对简单的设计,特别是在液压致动器的区域中,因为任何可接受的或有意的左侧泄漏只能出现在相同的介质(冷却介质)中。必须特别强调的是,与电磁致动器相比,液压致动器具有更简单的结构设计,其导致更少的可能的错误、更低的成本和更轻的重量。与其他致动器(例如气动致动器)相比,液压致动器的组装空间也较小,并且如上所述,需要更少的和/或更小质量的密封件。
如下面还要解释的,根据本发明的冷却回路布置基本上有两个不同的可实现的实施例。在结构设计和控制技术方面的一个简单的变型中,至少一个控制阀(为此目的优选设计为离散地切换的切换阀或作为切换阀致动的比例阀)可以在两个离散或稳定的切换位置或终端切换位置之间被切换,其中每个切换位置产生离散的调节(元件)位置或设定,已经关联于它特定的、特别是最大或最小体积流量比。这里的所有冷却介质优选地在切换位置中的一个中流动通过冷却器流体路径,而在另一个切换位置中以规定的比流动通过冷却器流体路径和旁通流体路径良好则,或者替代地仅流动通过旁通流体路径。这种简单的实现方法无需感测调节元件的位置(因为不需要调节控制阀的位置),并且控制元件可以经由(简单的)热开关致动。在替代的实施例变型中,特别是通过使用可以在中间切换位置中被致动的比例阀,可以设定多个、特别是调节元件在其终端位置之间的任何中间位置,使得体积流量比可以在100%至0%的范围内改变,特别是连续或阶梯式改变。
在冷却回路布置的一个实施变型中,特别有利的是,冷却介质阀布置在冷却介质回路的吸力侧区域中,并且冷却器流体路径的出口到冷却介质泵的连接的自由流动横截面和/或旁通流体路径的出口到冷却介质泵的自由流动横截面可以通过使调节元件移位而改变,或者直接借助于调节元件本身或者借助于可以由后者致动或与后者联接的阀体。
因此,在本发明的进一步研发中设置,通过旁通流体路径和/或冷却器流体路径到冷却介质泵吸力侧的流入通过使调整元件液压地移位来设定。替代地,在根据本发明的具有液压致动器的冷却介质阀在到旁通流体路径和冷却剂流体路径的入口之前对应地整合在发动机下游的区域中的情况下,当然也可以改变在输入侧上通过旁通流体路径和/或冷却器流体路径的体积流量。
在结构设计方面特别优选的是冷却回路布置的这样实施例,其中调节元件与控制室间接地或直接地接界,该控制室可经由至少一个控制阀供应优选为压力侧的冷却介质,其中调节元件可通过经由所述至少一个控制阀或经由填充控制室的优选地为压力侧的冷却介质的量改变控制室中的压力而沿第一移位方向移位。这种移位运动增大了通过冷却器流体回路的冷却介质体积流量是合理的。调节元件的背离控制室的一侧优选地与还供应或填充有冷却介质的阀室接界。该阀室最好与冷却介质回路的吸力侧连结,优选地以永久的方式、即不可中断的方式连结,从而确保用于使调节元件移位所期望的压力差,而不必采取任何其他附加措施。特别地,这样的实施例变型能够使用特别小的控制阀。然而,基本上也可以通过与压力侧的流体传导连接在阀室中提供压力侧冷却介质,其中调节元件的两侧之间的力差在这种情况下必须通过在调节元件的两侧实现被供应冷却介质的表面的对应的压力表面比来规定。这也适用于为控制室供应吸力侧冷却介质或比阀室中的冷却介质压力低的冷却介质的理论可实施的情况。特别是在调节元件上,这些压力面在特别优选的变型中(压力侧上的控制室连接/吸力侧上的阀室连接)可以有利地具有相同的尺寸。
作为上述实施例变型的替代方案,其中由调节元件接界的室中的仅一个可以经由至少一个控制阀与冷却介质回路连结或者可以改变对应连接的自由流动横截面,冷却回路布置的另一实施例变型规定,控制室和阀室两者都可以经由所述至少一个控制阀与冷却回路连结,以便使调节元件移位,因此特别是具有不同的压力水平的两个室然后经由控制阀以流体传导的方式同时链接到冷却介质回路,以便在优选地与两个室直接接界的调节元件上施加合成的液压调节力,特别是在这两个室之间设定压力差的情况下。这可以优选地通过使室中的一个与冷却回路的压力侧连结并且使另一室与吸力侧连结来实现。这样的实施例基本上可以在没有用于调节元件的复位弹簧的情况下实现,这也代表了优选的实施例变型。为了在相反的方向上移位,这些室则与冷却介质回路相对地连结,以便在具有相反符号的室之间获得压力差。其中所述至少一个控制阀可用于连结控制室和阀室以用于使调节元件与冷却介质回路一起移位或改变对应连接的流动横截面的这种实施方式能够实现本发明的进一步研发,其中控制室和阀室可以借助于至少一个控制阀以这种方式与冷却回路以这种方式连结和/或对应连接的对应横截面可以以这样的方式改变,以使得将调节元件保持在设定位置,特别是极限设定位置之间的中间位置。这可以优选地通过使控制室和阀室与冷却回路的压力侧连结或者替代地与冷却回路的吸力侧连结来实现。
除了控制室和阀室中的不同压力水平之外或作替代地,通过在调节元件上设置各种致动力施加表面,调节元件通过致动力施加表面与两个室接界,从而可以产生作用在调节元件上的液压致动力。
如下面将要详细解释的,关于所述至少一个控制阀的具体构造存在各种可行性。例如,基本上可以使用一个或多个比例阀和/或一个或多个离散切换阀或滑阀。换句话说,冷却回路布置可以用单个控制阀或多个控制阀来实现,以实现特定的阀功能,例如3/2向阀功能或4/3向阀功能。尤其优选使用一个或多个离散地切换的切换阀,因为它们对冷却介质的污染较不敏感。
无论阀室是否特别地被供应吸力侧或压力侧冷却介质,有利的是,调节元件与这些室直接接界,并且根据调节元件位置和所产生的体积流量比而与不同的体积(控制室体积或阀室体积)接界,因为这些体积因调节元件的移位而改变。
作为开头描述的实施例变型的特征,所述至少一个控制阀可以用于仅将控制室与冷却介质回路连结,和/或可以改变对应连接的自由流动横截面,特别是往复地或交替地与冷却介质回路的压力侧或吸力侧连结。在上述实施例中优选设置复位弹簧。在已经提到的冷却回路布置的替代实施例变型中,所述至少一个控制阀可以用于不仅连结控制室,而且特别是同时连结阀室与冷却回路,以便在调节元件上产生合成的液压调节力。如优选的,这样的实施例没有复位弹簧,其中如果需要或者期望的话,仍然可以设置复位弹簧。但是,优选省略复位弹簧。为了在第一移位方向上使调节元件特别平移地移位,其优选地增加通过冷却器流体路径的体积流量,包括一个或多个阀的所述至少一个控制阀用于将控制室与冷却介质回路的压力侧连结并将阀室与冷却介质回路的吸力侧连结和/或相应连接的自由流动横截面改变,特别是变大。为了使调节元件在与第一移位方向相反的第二移位方向上移位,其优选地导致通过旁通流体路径的体积流量的增加,所述至少一个控制阀用于将阀室与冷却介质回路的压力侧连结和将控制室与冷却介质回路的吸力侧连结,或者相应连接的自由流动横截面改变,尤其是变大。重要的是,借助于控制阀设定室中的压力条件,使得到冷却介质回路的相应连接导致向相应腔室供应冷却介质,使得液压移位力在期望的方向上作用在调整元件上。基本上可实现的还有这样的实施例,其中调节元件在第一移位方向上的移位增大了通过旁通流体路径的体积流量,并且调节元件在第二调节方向上的移位[字缺失]通过冷却器流体路径的体积流量,其中由于故障安全设计的原因,移位方向的交替分配和体积流量的扩大是优选的。
如果需要,借助于所述至少一个控制阀的冷却介质回路与控制室以及阀室之间的流体传导连接的流动横截面的制造和/或改变可用于设定在两个室中的压力比导致在调节元件上没有合成的移位力。换句话说,经由所述至少一个控制阀将两个室与冷却介质回路对应地连结,使得可以将调节元件保持在调节位置,特别是两个极端调节位置之间的(优选为任意期望的)中间位置,以保持几种可行的体积流量比中的一种。为此,两个室特别优选地与冷却介质回路的相同侧(相同的压力水平)连结。如果冷却介质阀将布置在冷却介质泵的吸力侧上,则两个室优选与吸力侧连接,并且替代地,如果冷却介质阀将布置或布置在冷却介质泵的压力侧,则两个室与压力侧连接。如下面将要详细描述的,其中通过将控制室和阀室与冷却介质回路连结而将调节元件保持在一个、尤其是多个中间位置中的刚刚描述的实施例对于实现这种功能不是必要的,尽管可以使用比例阀作为替代。这种功能可以通过一个或多个离散切换阀(而非比例阀)实现,特别是通过使用4/3向阀功能。
在冷却回路布置的一个特别优选的实施例变型中,调节元件可以平移地移位,其中可替代地也可以实现可扭转或可旋转的实施例。然而,为了使调节元件在第一(平移或旋转)移位方向上移位,优选的是,所述至少一个控制阀可以用于将控制室与冷却介质回路连结,优选地与冷却介质回路的压力侧连结,和/或冷却介质回路(优选冷却介质回路的压力侧)与控制室之间的连接的自由流动横截面可以扩大,并且为了使调节元件借助于控制阀在与第一移位方向相反的第二移位方向上移位,在控制室和冷却介质回路(优选冷却介质回路的吸力侧(低压侧),特别是吸力侧室,优选地为上述阀室或以流体传导的方式与冷却介质阀连接的冷却介质阀内部的宽室)之间的连接可以打开和/或该连接的自由流动横截面可以扩大。可以作为比例阀操作的控制阀理想地用于建立上述连接和/或改变它们的流动横截面。这样,使用单个控制阀就足以实现这两种功能。但是,基本上也可以在多个阀之间划分功能。特别有利的是,调节元件能够连续地移位,为此使用至少一个可按比例操作的控制阀是有意义的。然而,也可以通过对应地致动可成比例地致动的阀或通过提供离散地切换的切换阀的阀级联来实现阶梯式可移位性。在上述优选实施例中,控制阀的对应比例(恒定)致动,特别是通过PWM通电,使得可以利用调节元件致动多个调节位置,即特别是在两个极限位置或终端调节位置之间的多个中间位置,从而不仅(感觉这里英文译文有误)允许所有的冷却介质流动通过冷却路径或者替代地通过旁通流体路径,而且还优选地能够设定除了这些极端的体积流量比之外的多个中间值或中间体积流量比(以及)。然而,在涉及冷却介质中的污染物的结构上简单和/或成本有效的实施例的框架内,替代地可以使用至少一个离散地切换的、优选为双稳态的切换阀作为控制阀来代替比例阀,或者将比例阀致动为切换阀,使得只有两个极限位置可以通过调节元件设定,其中每个极限位置由预定的体积流量比限定。这使得可以使用简单的控制单元,其特别地包括热控开关,该控制单元根据例如冷却介质或发动机油的温度通电或确切地不通电控制阀,从而设定两个切换状态中的一个。在调节元件的一个位置或控制阀的切换位置中,全部冷却介质体积流优选流过冷却器路径,而全部冷却介质体积流在替代的切换位置中流过旁通流体路径,其中替代体积流量比也可以在调节元件的两个位置中规定。
从结构的观点来看,特别有利的是,控制室和阀室布置在冷却介质阀的汽缸的内部,该汽缸包围调节元件,该调节元件优选是活塞形的并且可平移地移位。控制室和阀室之间可能的泄漏,特别是通过调节元件和汽缸之间的间隙在调节元件上的径向外部上的可能的泄漏是可接受的。
因此,本发明的进一步研发提供了,在控制室和阀室之间实现泄漏流体路径(与特定构造和布置无关)(例如,在调节元件的外圆周与包围调节元件的汽缸的内圆周之间),冷却介质泄漏体积流可通过该泄漏流体路径流出控制室并进入阀室。如果成本原因表明要接受更大的部件公差和/或要消除弹性体密封件的使用或将其使用最少化,则可以在涉及过程中有意地使设计图包括这样的泄漏流体路径。
如上所述,关于所述至少一个控制阀的具体构造存在各种选择。特别有意义的是控制阀为比例阀,其中比例也可以以已知方式通过PWM(脉冲宽度调制)致动来实现,例如,因为对应的致动可以设定期望的连接的平均自由流动横截面。然而,也可以特别设置用于实现冷却介质阀的功能的多个离散切换阀。也可以设想使用多个可按比例操作或操作的、特别是电磁阀。
特别优选的是,用于实现本实施例的至少一个控制阀,其中控制室和阀室两者可以借助于至少一个控制阀与冷却介质回路连结,所述至少一个控制阀具有4/3向阀功能。例如,这可以通过串联连接两个各自设有致动器的3/2向阀或直接通过4/3向阀例如比例阀来实现。然而,非常特别优选的是,所述至少一个控制阀作为多座切换阀的实施例,特别是作为4/3向阀,其包括具有共用致动器的可移位的两个阀体,其中阀体中的一个可以借助于共用致动器通过另一个阀体移位,这可以通过使调节部件穿透阀体中的一个实现,该调节部件又可以通过共用致动器移位,特别是转移。换言之,能够以这种方式实现离散切换的多座切换阀,其中,两个阀体各自布置成能够在两个阀座之间离散地移位,以便交替地将相应的工作端口与冷却介质回路的吸力侧或压力侧连接——然后,在该实施例中,不是用传统的滑阀实现4/3向阀功能,而是以多座切换阀的形式(其对于污染物是稳健的),其中两个阀体可移位地布置在相应的两个离散的调节位置或阀座之间,以实现4/3阀路径功能。
作为上述实施例的替代方案,其中两个(切换)阀被关联于每个阀体,所述至少一个控制阀的替代实施例变型可以实现为组合式滑动多座切换阀。这种实施方式优选地仅由两个复位弹簧构成,其中阀体中的一个,特别是更靠近共用致动器的阀体可以在两个(切换)阀座之间进一步地移位,而另一个阀体也可以优选地在两个止动件之间移位,但其中仅一个必须设计为切换阀座,而另一个阀座功能由与另一个阀体一体设计的并且轴向穿过首先提及的阀体的调节部件承担。该调节部件优选设置有轴向通孔以及至少一个径向孔,该轴向通孔通过与用于调节部件的引导通道的圆周壁相互作用而接管或可以接管阀滑动功能。
在使用至少一个电磁控制阀的优选情况下,实现故障安全功能是有意义的,即,确保在给定无通电的控制阀的情况下冷却器流体路径优选地最大程度地打开。在不通电控制阀时,为此优选的是,优选地在冷却介质回路的压力侧与调节元件或由调节元件间接地或直接地接界的控制室之间,流体连接最大程度地打开,使得控制室与阀室之间的冷却介质压力差使调节元件在第一移位方向上移位,特别是直到其到达终端位置,优选地为停止位置。
特别是作为比例阀设计或操作的所述至少一个控制阀优选地被如此构造和布置,使得特别是其压力侧冷却介质进给及其到冷却流体回路中的返回(特别是返回到其吸力侧,优选地朝向阀室或与后者连接或可以与后者连接的冷却介质阀室)经由比例位置进行调节,优选地为电流或电压控制的,优选地通过对应的PWM致动来实现。
上述示例性实施例涉及用于实现完全打开的冷却器流体路径与完全关断的冷却器流体路径之间的多个中间体积流量比的优选实施例变型。在控制技术方面更简单的替代变型中,也可以使用离散地切换的切换阀作为控制阀,或者可以将比例阀致动为控制阀,使得控制阀可以通过热控开关被致动,以便使调节元件在两个预定位置、特别是两个极端位置之间移位,其特征特别地在于,在第一位置冷却器流体路径完全打开和/或旁通流体路径完全关闭,并且在另一位置冷却器流体路径完全关闭和/或旁通流体路径完全打开。
为了实现冷却介质到控制室或远离控制室的流入和流出功能,总体上有利的是使用控制阀,特别是单个控制阀,其被设计为3/2向阀。
如已经指出的,为了实现这样的实施例,其中所述至少一个控制阀可以用于将控制室和阀室两者、特别是同时地与冷却介质回路连接,或对应连接的流动横截面可以借助于控制阀改变,优选的是,替代地可包括单个阀或多个单独的阀的所述至少一个控制阀具有4/3向阀功能,其中所述至少一个控制阀具有优选压力侧冷却介质压力端口和优选吸力侧冷却介质流出端口、以及两个工作连接,特别是第一工作端口和第二工作端口,通过该第一工作端口,冷却介质压力连接和冷却介质流出连接可以(交替地)与控制室连结、或对应连接的流动横截面可以改变,通过该第二工作端口,阀室可以与冷却介质压力端口和冷却介质流出端口连结,或者对应连接的流动横截面可以改变。这种4/3向阀功能尤其优选地用控制阀来实现,如前述已经说明的,该控制阀具有单个、优选电磁的致动器,利用该致动器两个阀体可以特别是在相应的两个阀座之间移位,其中,阀体中的一个被可以借助于致动器移位的调节部件穿过。优选地,冷却介质压力端口或冷却介质流出端口可以通过阀体中的一个将第一工作端口连结至控制室,并且通过另一个阀体将第二工作端口连结至阀室。
在此,阀体借助于致动器布置成可优选地抵抗相应的复位弹簧的回复力而移位,其中复位弹簧优选构造成使得阀体能够一个在一个之后移位。尤其优选的是,在由调节部件穿透的阀体和致动器之间设置附加弹簧,其中该弹簧优选地被调节部件穿透。该弹簧在已经移位的相邻阀体的情况下提供路径补偿,并且使调节部件进一步移位以使间隔更远的阀体移位。
所述至少一个控制阀的替代构造仅使用两个复位弹簧。即使这种类型的组合滑动多座切换阀也由上述第一和第二工作端口以及冷却介质压力端口和冷却介质流出端口组成。阀体中的一个也被调节部件穿透。然而,调节部件不能像前述实施例中那样相对于两个阀体移位,而仅相对于被调节部件穿透的阀体、特别是更靠近共用致动器布置的阀体移位,而调节部件与另一阀体固定地连结或与后者单体式地设计。在这种实施例变型中,特别是在由调节部件实现的阀滑座通过使调节部件移位被关断之后,优选地在借助于致动器使调节部件移位的同时,未与调节部件固定地连结的阀体从调节部件被轴向地附带,其中,优选地通过密封该滑阀座来关断第一工作端口和冷却介质流出端口之间的连接。因此,调节部件在组合式滑动多座阀座解决方案中具有阀滑或阀体功能。同时,形成在调节部件中的轴向通道将冷却介质流出端口或替代地冷却介质压力端口与控制阀室连结,该控制阀室通过使被调节部件穿透的阀体移位而可与工作端口连结或者与后者流体都分开,使得被调节部件穿透的阀体的移位可以建立或中断经由调节部件(压力端口或流出端口)以流体传导的方式联接的第二工作端口和控制阀端口之间的流体传导连接。
取决于控制阀构造和/或致动,可以并优选地使用控制阀的阀体来致动或设定中间位置或中间设定,使得从压力侧流入的一部分冷却介质在到达控制室之前直接朝向冷却介质回路的吸力侧转向或排出,其中特别有意义的是朝向阀室的排出发生在冷却介质阀内部或者在以流体传导方式与阀室结合的冷却介质阀的另一个室中。
特别优选的是,冷却介质阀和至少一个(优选地仅一个)控制阀被实现为共同组件,其中控制阀布置在冷却介质阀的壳体上并且尤其在其中固定在位。该实施例使得可以实现用于从控制室经由控制阀将冷却介质排出的去除管线,其作为壳体内部的通道,即在冷却介质泵的壳体材料中和/或控制阀和控制室之间的作为冷却泵壳体中的通道的连接管线。
如开头所述,优选的是,特别是电磁控制阀已经分配有控制单元(控制器件),该控制单元与用于设定冷却介质流的体积流量比的控制阀的致动相连结,因此冷却介质温度。取决于构造,该致动可以根据与发动机有关的温度信号来发生,该发动机有关的温度信号优选地通过温度传感器来测量。为此目的,例如,冷却介质温度或一些其他标称发动机温度可以取决于例如发动机油温度。特别有意义的是,在至少一个操作状态中,独立于温度信号地致动控制阀,其中独立于温度信号意味着与发动机温度相关的温度。在这种操作状态下,基本上也可以借助于控制单元根据环境温度(外部温度)和/或根据发动机的操作状态和/或根据预期地形和/或道路路线(特别是下坡和/或上坡)致动控制阀。
为了消除冷却介质回路中的压力波动对控制阀的致动或调节的影响,优选的是,为了确定作为控制参数的实际体积流量比,控制单元以信息传导的方式与位置传感器连结,调节元件的位置可通过该位置传感器检测,因为体积流量比直接取决于调节元件的特定移位位置。例如,这种类型的位置检测可以通过使用霍尔传感器来实现。
总体而言,如果调节元件在压力侧被供应冷却介质时能够抵抗复位弹簧的弹簧力(特别是同时伴随着控制室的扩大)在第一以外方向上移位,则是有利的。给定对应的控制阀位置,可选的复位弹簧确保调节元件的复位移位。在没有复位弹簧的实施例变型中,控制室和阀室都可以经由至少一个控制阀与冷却介质回路连结。
如开始已经提到的,总体上有利的是,冷却介质阀布置在冷却介质泵的吸力侧上,其中冷却介质泵优选以这样的方式布置,使得冷却介质流出泵并到发动机,并且发动机下游的冷却回路被分成旁通流体路径和冷却器流体路径。
本发明还提出了一种用于冷却发动机、特别是机动车辆燃烧式发动机的方法,优选地使用根据本发明的冷却回路布置。本发明规定,所使用的冷却介质阀的致动器具有液压可移位的调节元件,该调节元件被供应来自冷却介质回路的、特别是来自压力侧的冷却介质,以用于其移位及经由关联于冷却介质阀的控制阀得到的体积流量比的设定。
在一个可行的实施例变型中,调节元件在第一移位方向上移位,在该第一移位方向中,仅仅控制腔借助于至少一个控制阀与冷却介质回路连结和/或对应连接的流动横截面改变。复位移位则优选地借助于复位弹簧在与第一移位方向相反的移位方向上进行,该复位弹簧尤其优选地设置在阀室中。阀室与冷却介质回路永久性地(优选不经由控制阀元件)连结,特别是与其吸力侧。在一个替代实施例变型中,通过使所述至少一个控制阀将控制室和阀室两者以相应地流体传导的方式与冷却介质回路连结和/或改变对应连接的流量横截面而使调节元件在第一移位方向上移位。优选的是,控制室与压力侧连结且阀室与冷却介质回路的吸力侧连结或反之亦然,以便使调节元件在第一移位方向上移位,并且阀室与压力侧连结且控制室与吸力侧连结或反之亦然,以便使调节元件在与第一移位方向相反的第二移位方向上移位。
本发明的其他优点、特征和细节可以从优选示例性实施例的以下描述以及基于附图得出。
附图说明
图1:基于本发明构思设计的冷却介质回路布置具有完全打开的冷却器流体路径(大回路)和完全关断的旁通流体路径(小回路),其中,设计为电磁阀的控制阀处于其未通电的状态;
图2:根据图1的具有完全打开的旁通流体路径和完全关断的冷却器流体路径的冷却介质回路布置,以及最大供应的控制阀;
图3:根据图1至图2的冷却回路布置中优选使用的冷却介质阀的优选实施例的透视截面图,并且具有设计为3/2通路比例电磁阀的控制阀,该阀或者伴随有结构单元或者形成结构单元;
图4:根据本发明的冷却回路布置的替代实施例的液压等效回路图,其中,至少一个控制阀将控制室和阀室与冷却介质回路的压力侧和吸力侧以同时交替的方式连结;
图5至图7:具有4/3向功能的多座切换阀的不同阀位置,其优选用于根据图4的冷却回路布置中;
图8:示出用于图5至图7所示的控制阀中的弹簧的弹簧力进展的图;
图9至图11:具有4/3向功能的替代组合式的滑动多座切换阀的不同的阀位置,其优选用于使冷却介质回路中的冷却介质阀液压地移位;
图12:示出用于图9至11所示的控制阀中的弹簧的弹簧力进展的图。
相同元件和具有相同功能的元件在附图中用相同的附图标记标记。
具体实施方式
图1示出了基于本发明构思设计的冷却回路布置1,特别是用于整合到机动车辆(MV)中。
明显地,待冷却的发动机2在此被示例性地设计为燃烧式发动机,所述燃烧式发动机被整合到冷却介质回路3中,或者以已知的方式与其连接。该冷却介质回路3包括优选由发动机2驱动的冷却介质泵4,该冷却介质泵4将冷却介质从冷却介质回路3的吸力侧S输送到压力侧P。
在发动机2之后,冷却介质回路3分成旁通流体路径5和冷却器流体路径7,旁通流体路径5在特定示例性实施例中完全绕过冷却器6(散热器),冷却器流体路径7流动穿过冷却器6。
旁通流体路径5和冷却器流体路径7都被引导至冷却介质阀8,冷却介质阀8可以用于设定流动通过流体路径5、7的冷却介质的体积流量比。在替代实施例中(未示出),在发动机之后的冷却介质阀8可以布置在冷却介质回路3分成旁通流体路径5和冷却器流体路径7的位置处,并且在这些路径中的至少一个中设定流入。基本上可以使用冷却介质阀8来设定或影响流体路径5、7中的一个的自由流动横截面,其中,更有意义的是改变两个流动横截面,特别是通过致动该冷却介质阀而同时或联动地改变两个流动横截面。不管冷却介质阀8的具体构造和布置如何,其无论如何都具有带液压可致动调节元件的液压致动器9。该调节元件可借助于暴露于在压力侧通过冷却介质形成的液压而移位。为此目的,致动器9可以经由连接管线10借助于目前设计为电磁3/2向比例阀的控制阀11供应上述压力侧冷却介质。
为此目的,控制阀11包括被连接到冷却回路3的压力侧P的压力端口PA。控制阀11还包括工作端口AA,通过该工作端口AA将压力侧冷却介质引导到调节元件(也根据阀位置)。控制阀11还包括流出端口TA,通过该流出端口TA可以将冷却介质从调节元件或关联于其的控制室和/或压力端口PA转移或排出至冷却回路3的吸力侧S。
控制阀11被设计成使得在所示的非通电位置中,端口PA和AA之间的连接完全敞开。为此,控制阀11的阀弹簧对应地使控制阀11的阀体抵靠止动件移位。
显然,经由冷却介质阀8在冷却器流体路径7的出口和冷却介质泵4之间建立的连接完全敞开,而旁通流体路径5的出口和因此其吸力侧完全关闭,使得冷却介质泵输送全部冷却介质流通过冷却器6。
图2示出了另一个极端情况。在此,对应地致动控制阀11中断压力侧冷却介质到致动器9的供应,并且致动器9或者更确切地设置在其中并且关联于调节元件的控制室与流出端口TA液压连接,使得位于该控制室中的冷却介质可被排出到吸力侧S,并且,调节元件通过冷却介质阀8的阀弹簧(复位弹簧)移位到所示位置中,在该位置中,冷却介质阀8完全关断冷却器流体路径7,且替代地完全打开旁通流体路径5的出口,或将其与冷却介质泵4连接。
对应地,致动控制阀11也可以特别设定任何中间位置,使得冷却器流体路径7和旁通流体路径5都朝向冷却介质流体泵4部分地打开。
图3示出了根据本发明的冷却介质阀8的优选实施例的透视剖视图,其尤其是用于整合到图1和图2所示的冷却回路布置1中。
冷却介质阀8与控制阀11一起形成共同组件,为此目的,控制阀11固定到冷却介质阀8,并且例如在此轴向突出到冷却介质阀8的壳体13中的向外敞开的端口开口12中。
冷却介质阀的壳体13包括用于来自冷却器流体路径7的冷却介质流的入口14。没有示出同样设置的用于来自旁通流体路径5的流体流的入口。该流体流进入标有箭头5的区域中。冷却介质阀8包括仅由箭头表示的用于来自旁通流体路径和冷却器流体路径的冷却介质的(共用的)出口15,其中,这些体积流的体积流量比可借助于冷却介质阀8设定。取决于冷却介质阀8的切换位置,出口15将流体路径与冷却介质泵4连结(见图1和图2)。
冷却介质泵8包括液压致动器9,该液压致动器9具有在此可平移地移位的调节元件17,该调节元件17作为活塞布置在由壳体13形成的缸体18中。调节元件17将形成在壳体13中的控制室19与布置在调节元件17的背离控制室的那一侧上的阀室20分开,阀室与出口15以直接地流体传导的方式连接。
复位弹簧21在调节元件17上沿附图平面中的第二最低移位方向施加弹簧力,使得调节元件17具有使控制室119的体积最小化的趋势。
复位弹簧21在一个端部处直接轴向地支撑在调节元件17上,在另一端部处支撑在相互作用的支撑板22上,该支撑板22具有通孔23,用于将阀室20以流体传导方式与出口15的吸力侧连结,出口15的吸力侧与冷却介质回路的吸力侧连接。
环形滑动件24固定到调节元件17,从而调节元件17的移位也同时使环形滑动件24移位,如下面还要解释的,释放到冷却介质泵4的体积流量比可以设定在旁通流体路径的体积流量和冷却器路径的体积流量之间。
环形滑动件24具有圆柱形外壳表面部分25和垂直于其取向的底板部分26,其中,底板部分26再次设置有开口27,以便将阀室20与出口15以直接流体传导的方式连结。
为了使调节元件17在第一移位方向上、即在附图平面中向上地移位,控制室19必须被供应来自冷却介质回路3的压力侧的冷却介质(参见图1和2)。这是通过控制阀11实现的,在此,控制阀11被示例性设计为螺线管3/2向阀。为此,控制阀11具有由箭头表示的压力端口PA,压力侧冷却介质可以通过该压力端口流入。流入从压力端口PA经由控制元件11的工作端口AA以及设计为壳体13中的孔或通道的连接管线10发生。取决于阀的位置,来自控制室19的冷却介质可以再次经由连接管线10排出,具体地通过控制阀11的流出端口TA和设计为壳体13内部的环形室的室28中的连接通道29(转向管线)。另一方面,经由入口14流入的来自冷却器流体路径的冷却介质体积流也在室28中流动。通过将冷却介质从控制室19排放到可以流体传导的方式与出口15连结的吸力侧室28中,可以减小控制室19中的压力,从而调节元件17经由复位弹簧21在第二移位方向上移位,即在附图平面中向下移位,这又导致环形滑动件24的移位运动。
在所示的优选实施例变型中,因为控制室19可以经由控制阀11被供应来自冷却介质回路的压力侧P的冷却介质,用于使调节元件17沿第一移位方向移位,并且,阀室20处于吸入压力下或位于冷却介质回路3的吸力侧,控制室19中的调节元件的暴露于压力的表面和背离它的、在阀室20中的调节元件的暴露于压力的表面同样大,这是优选的。如果控制室19被供应处于另一压力水平的冷却介质和/或阀室20在另一位置处被固定到冷却回路,则可以通过实现具有改变尺寸的暴露于压力的表面来产生调节元件17的移位所需的设定力。
从图3中可以明显看出,控制阀11或其及其部件经由壳体13内部的连接通道29与控制室19连通。
如果现在要增加冷却能力,则控制阀11以这样的方式致动,使得打开入口14(冷却器流体路径的出口)和冷却介质泵或者(甚至更宽的)出口(15)之间的流体连接。这通过在其致动时占用一阀位置的控制阀11来实现,这确保了在压力端口PA处等待的压力侧冷却介质能够流动通过控制阀11并且经由工作端口AA流入连接通道29中并且通过后者进入控制室19中。控制室19中的压力升高,使得调节元件17在第一移位方向上在附图平面中向上致动。结果,环形滑动件24也在附图平面中向下移动,并且,环形滑动件24与壳体侧控制边缘30之间的距离增大,使得自由流动横截面扩大了腔室28和出口15之间的连接,确保冷却介质泵4现在或取决于之前的位置在每单位时间内可以从冷却器流体路径7抽出更多的冷却介质(即,大的冷却回路(进一步)打开)。
通过调节元件17从控制室19并且到阀室20的冷却介质的泄漏是可接受的。
在具体的示例性实施例中,扩大冷却器流体路径7和冷却剂介质泵之间的上述自由流动横截面,特别是在室28和出口15之间的自由流动横截面,减小了出口15和旁通流体路径之间的自由横截面(未标记)。这具体通过使环形滑动件24(或替代的最终控制元件)在第一移位方向上移位来解决,以便将经由旁通流体路径5供应的室16和出口的自由横截面减小,特别是以与室28和出口15之间的自由流动横截面被扩大的程度相同的程度减小。
为了降低冷却能力,冷却介质经由连接通道29和控制阀11转移到控制室19之外,经由连接管线10进入冷却介质回路中,特别是冷却介质阀8的室28中。
图3表示标记为31的位置传感器的位置,该位置传感器用于检测调节元件17的位置,用于准备用于借助于控制单元(未示出)调节体积流量比或来冷却介质温度的输入信号。
在未详细示出的具有作为控制阀的离散切换的切换阀的实施例变型中,后者优选地通过热控开关致动,其中,用于使调节元件17移位的致动器阵列可保持不变。该替代实施例消除了对用于检测调节元件的位置的位置传感器的需求。
图4示出了基于本发明构思设计的冷却回路布置1的替代实施例,其特别是用于整合到机动车辆(MV)中。
明显地,待冷却的发动机2例如在此设计为燃烧式发动机,其以已知的方式整合到冷却介质回路3中。该冷却介质回路3包括优选由发动机驱动的冷却介质泵4,该冷却介质泵4将冷却介质从冷却介质回路3的吸力侧S输送到压力侧P。
在发动机之后,冷却回路分成旁通流体路径5和冷却器流体路径7,旁通流体路径5在特定示例性实施例中完全绕过冷却器6(散热器),冷却器流体路径7流动通过冷却器6。
旁通流体路径5和冷却器流体路径7两者均被引导至冷却介质阀8,冷却介质阀8在图示的右侧并且再次在图的中间区域中的结构设计方面示出为等效回路图,从而可以通过冷却器流体路径和旁通流体路径来辨别调节元件17和可通过其移位的用于压力流改变的环形滑动件24(或替代的最终控制元件)。冷却介质阀8可用于设定流动通过流体通道5、7的冷却介质体积流的体积流量比。在替代实施例变型中(未示出),发动机之后的冷却介质回路3分成旁通流体路径5和冷却器流体路径7的位置处,可以连结冷却介质阀,并且在这些路径中的至少一个中设定流入。
冷却介质阀包括控制阀11,该控制阀在特定的示例性实施例中被设计为4/3向阀。这种4/3向功能可以通过使用对应的比例阀来实现,或者替代地通过接线两个离散的切换阀、特别是两个3/2向切换阀或者比例阀来实现。作为下面将要解释的多座阀的实施例是特别优选的,其中两个阀体可以用共同致动器致动。
在任何情况下,控制阀11包括被连接到冷却回路3的压力侧P的压力端口PA。控制阀还包括第一工作端口B和第二工作端口A以及流出端口TA,通过该流出端口TA可以将冷却介质转移到冷却回路3的吸力侧S。很明显,第一工作端口B以流体传导方式与从调节元件17的一侧接界的冷却介质阀8的控制室19连结,而第二工作端口A以流体传导方式与由调节元件17的背离控制室19的一侧接界的阀室20连结,使得调节元件17因此能够像双重作用的活塞缸体驱动器那样被驱动。为此,调节元件17被包括在缸体中。类似于根据图3的示例性实施例,可以经由调节元件17使(上述的)环形滑动件24移位,从而设定在旁通流体路径5和冷却器流体路径7之间流动的冷却介质体积流之间的体积流量比。冷却介质阀8在图4中被示出两次以说明其功能和/或结构设计(当然,即使仅存在一次),具体而言作为图示左侧的活塞-缸体调节器的结构构造,以及作为整合到图平面右侧的冷却介质回路中的液压等效回路图。
图4的左半部分描绘了控制阀11的各种切换状态,在具体示例性实施例中有三个。当前被切换的右侧切换状态将第一工作端口B与压力端口PA连结,并且因此与冷却回路的压力侧P连结,使得压力侧冷却介质流入控制室19中。同时,第二工作端口A与流出端口TA连结,从而能够将冷却介质从阀室20经由流出端口TA向冷却介质回路的吸力侧S排出。结果,调节元件17以及因此环形滑动件24也在所示的移位位置中在第一平移移位方向上在附图平面中向右移动。图中右侧所示的大冷却剂回路借助于环形滑动件24被切换到后者,使得所有的冷却介质流过冷却流体路径7,并且旁通流体路径5被阻断。
在图平面左侧的切换位置中,控制室19与吸力侧连结,并且阀室20与冷却介质回路的压力侧P连结,从而调节元件17在第二移位方向上在图平面中向左移位,其中,在具体的示例性实施例中,所有的冷却介质在导致的调节元件因此环形滑动件24的极端切换位置中流动通过旁通流体路径并完全绕过冷却器6。控制阀11被设计为使得,在阀致动器32(这里为电磁致动器)的通电失败的情况下,出现首先描述的并标记在图4上的控制阀11的切换状态,由此确保故障安全功能,其中,全部冷却介质体积流流过冷却器6。
控制阀11也可以用于设定另一个、在此是中间切换位置,在该中间切换位置中,两个工作端口B、A与控制阀11的流出端口TA连结,因此与吸力侧S连结。结果,必要时可以通过路径或位置传感器检测调节元件的相应当前位置,从而可以基本上保持具有中间体积流量比的任何中间位置。
控制阀11的左切换位置包括冷却介质阀或其环形滑动件24的右切换位置(基本上,根据冷却介质阀的构造,当然也可以使用除了环形滑动件以外的最终控制元件以切换冷却回路中的流体流动)。
图5至图7示出了具有4/3向功能的优选使用的控制阀11的优选实施例的变型。控制阀11可以由单个控制阀致动器32致动,并且由两个阀体构成,具体地为第一阀体33和第二阀体34,其各自可以借助于阀门致动器32在两个切换位置或阀座35、36、37、38之间移位。
位于阀门致动器32与第一阀体33之间的是第一弹簧I,该第一弹簧I在一个端部处支撑在第一阀体33上。第一弹簧I与第一阀体33一起被杆形或活塞形调节部分39穿过,该调节部分39可以通过致动器32平移地移位。调节部分39抵靠第二阀体34被支撑以使其移位,并且穿过在图平面上朝向右侧撞击第一阀体33抵靠阀座35的第二弹簧II。为此,第二弹簧II抵靠由调节部分39穿过的推力轴承(未示出)被支撑。第二阀体34也通过第三弹簧撞击到图平面中的右侧,特别是抵靠阀座37。
如结合图4所描述的,控制阀11包括由压力端口PA和流出端口TA以及与控制室或阀室连结的第一和第二工作端口B、A。如下面还要解释的,控制阀可以用于将两个工作端口B、A交替地与压力端口PA和流出端口TA连结,以及处于与流出端口TA同时的切换位置中(其中,这两个工作端口可以与压力端口PA同时连结的实施例是可实现的)。
在图5所示的对应于根据图4的控制阀11的右切换位置的切换位置中,所有弹簧I至III仅通过其弹簧预载荷而张紧。压力端口PA与第一工作端口B并因此与控制室19连结,同时压力端口PA与第二工作端口A之间的流体传导连接被阻断中断,但是反过来,第二工作端口A通过第二阀体34以流体传导的方式与流出端口TA连结。在该切换位置中作用的弹簧I、II和III的(最小的)弹簧力显示在根据图8的弹簧力图中,具体地在图中的操作点O1处,其中三个弹簧的弹簧力F连同阀致动器32或调节部分39的调节路径上的弹簧力的总和被记录。
图6示出了根据图4的控制阀的操作点O2或中间切换位置,其中两个工作端口B、A与流出端口TA连结,并且因此与流体回路的吸力侧连结,而压力端口PA完全被阻塞。很明显,致动器32或致动器的最终控制元件在图平面中进一步向左移位,并且因此弹簧I将第一阀33压靠在与阀座35相对的阀座36上。第二阀体34的位置不变。相似O2的情况下,所产生的弹簧力在图8中可见。在所描绘的位置中,调节元件保持在相应的当前位置中,其中不存在液压产生的调节力。
图7现在示出了控制阀11的阀位置,其对应于图4左侧的图示,其中,阀室20与冷却回路的压力侧连结,并且控制室与吸力侧连结。这通过使得穿过第一阀体33的调节部件39使第二阀体34抵靠其与阀座39相对的阀座38移位而实现。结果,第二工作端口A和压力端口TA之间的连接被中断,并且第二工作端口A以流体传导方式与压力端口PA连结,而与工作位置O2相比较第一工作端口B保持与流出端口TA连结。可以根据图8从图中读取在O3处的对应的主动弹簧力。
在图9至图11中示出了优选使用的具有4/3向功能的控制阀11的替代的优选实施例的变型。其被构造为尤其用于冷却介质回路中的冷却介质阀的压力侧使用,因为如下面还要解释的,控制室和阀室都在中间控制阀切换位置中与冷却介质回路的压力侧连结。在互换流出端口和压力端口时,控制阀特别设计用于冷却介质回路中的冷却介质阀的吸力侧使用。控制阀可以通过单个控制阀致动器32(未详细示出)来致动,并且由两个阀体构成,特别是第一阀体33和第二阀体34,其中更靠近致动器32的第一阀体33可以在两个阀座(切换阀座)35、36之间移位,并且第二阀体34可以在阀座(切换阀座)37和38之间移位,阀座38可以具有密封功能,但基于待解释的滑动件功能不是必须具有密封功能。在这种情况下,另一阀座38是限制第二阀体34的最大移位运动的止动件。
从图9中可以明显看出,构造成组合式滑动件/多座切换阀的所描绘的控制阀仅使用两个弹簧,特别是第一弹簧I和第二弹簧II——在之前描述的示例性实施例中设置并被称为第一弹簧的附加的弹簧可以被省去,因为于调节部件39在根据图9至图11的实施例中与阀体34固定地连结或者与其一体地构造。然而,在之前描述的示例性实施例中,可通过致动器32移位的杆形或活塞形调节部分39穿过第一阀体34,即可相对于第一阀体移位。
第一弹簧I在一个端部处支撑在设置在阀体33、34之间的推力轴承40上,推力轴承40经由固定器件(未示出)相对于控制阀壳体41固定地布置。在另一端部处,第一弹簧I抵靠第一阀体33被支撑,并且第一弹簧I抵靠紧邻图平面右侧的致动器32的阀座35撞击第一阀体33。第二弹簧II在一个端部处抵靠另一固定的推力轴承42被支撑,并在另一端部处支撑在第二阀体34上,并向图平面中的右侧撞击第二阀体34与最终控制元件39,或者撞击第二阀体34抵靠其阀座37。
如在上述示例性实施例中,控制阀11包括压力端口PA、流出端口TA以及第一和第二工作端口B、A,其中,第一工作端口B与控制室连结,并且第二工作端口A与阀室连结。控制阀11可以用于将两个工作端口B、A与压力端口PA和流出端口TA交替地连结,并且在切换位置(参见图10)与压力接口PA同时连结(其中一个实施例在这里也可以被实现为两个工作端口同时与流出端口TA连结)。
在图9所示的切换位置中,弹簧I和II两者仅通过其弹簧预加载张紧。压力端口PA与第一工作端口B连结,并因此与控制室19连结,同时压力端口PA与第二工作端口A之间的流体传导连接被中断。然而,第二工作端口经由调节部件39中的径向孔43与流出端口TA流体传导地连结。因此,与上述示例性实施例不同,阀的滑动功能被关联于调节部件39。为此目的,在调节部件39中设置轴向通孔44(贯通通道),该轴向通孔44以流体传导方式与流出端口TA永久性地连结,并且在所示的切换位置中经由径向孔43与第二工作端口A连结。在所示的切换位置中,由弹簧I和II施加的(最小)弹簧力在根据图12的弹力图中示出,具体地在图中的操作点O1处,在该操作点处三个弹簧的弹簧力F以及弹簧力的总和在阀致动器32或调整部件39的调整路径上被记录。
图10示出控制阀11的操作点O2或中间切换位置,其中,两个工作端口B、A与压力端口PA连结,因此与流体回路的压力侧连结,而流出端口TA被完全阻塞。显然,致动器32或调节部件39已经通过致动器32的移位在图平面中进一步向左移位,使得径向孔43由用于调节部件39的以流体传导方式通至工作端口TA的引导通道46的(内)圆周壁45密封。以上示出了调节部件39的阀滑动功能,其在所示的中间位置中断第二工作端口A、并因此中断阀室与流出端口TA之间的流体传导连接。同时,第二阀体34从其阀座37轴向地抬升,由此导致第二工作端口A与压力端口PA之间的流体传导连接。由于第一阀体33的阀位置不变,压力端口PA保持与第一工作端口B以流体传导方式连结,使得两个工作端口A、B(与根据图5至7的示例性实施例相反)与冷却介质回路的压力侧连结。调节元件上的表面被设计成使得其上的液压调节力导致在所示的操作点O2处的相应的调节元件位置。
图11现在描绘了控制阀11的(完全贯穿连接的)阀位置,其中,阀室20与冷却回路的压力侧连结,并且控制室与吸力侧连结。换言之,在所示的操作点O3(参见图12中的弹簧力特征)中存在第二工作端口A与压力端口PA之间的流体传导连接,而压力端口PA与第一工作端口B分离,并因此与控制室分离。控制室经由调节部分39中的通孔44以流体传导的方式与流出端口TA连结。现有的与引导通道46的圆周壁45的相互作用保持径向孔43密封。
为了达到所示的阀位置O3,与根据图10的操作点O2相比,致动器32被用于使致动部件39进一步向图平面中的左侧移位,特别是直到它撞击第二阀体34抵靠其止挡件或阀座38。调节部件39进一步移位使其沿着第一阀体33在图平面中朝向左侧,即将其相对阀座35抬升,并使其抵靠轴向相对的附加阀座36移位。例如,该附带经由环形元件(未示出)进行,该环形元件为此被保持在调节部件39中的圆周环形凹槽47中。结果,这中断了压力端口PA与第一工作端口B之间的流体传导连接,并打开第一工作端口B与流出端口TA之间的流体传导连接,因为控制阀室48经由轴向通孔44以流体传导方式与流出端口TA永久性连接,并且由于阀体33远离阀座35移位,现在以流体传导的方式与第一工作端口B连结。
如在根据图5至7的示例性实施例中,调节部件39穿过第一阀体33并且可以经由共同的致动器32相对于其移位,其中在最后的调节行程中用于调节部件39的阀体33被轴向附带——因为第二阀体34与调节部件39一体地设计,所以两个阀体34和调节部件39形状配合地联接——用于将流出端口TA与第二工作端口分离的关断功能经由调节部件39的滑动件功能实现,如所解释的那样。
在替代实施例变型中,可以改变流出端口TA和压力端口PA和/或工作端口。如果在所示的控制阀中流出端口TA和压力端口PA互换,则在控制阀11的中间切换位置中,冷却介质阀8的控制室19和阀室20两者与冷却介质回路的吸力侧连结,使得控制阀11然后可以以图4所示的方式整合到冷却介质回路中。根据图11的控制阀的切换位置(流出端口和压力端口互换)则对应于图4中控制阀的右切换位置。根据图10的中间切换位置(再次流出端口和压力端口互换)对应于根据图4的控制阀11的中间切换位置,并且,根据图9的切换位置(流出端口和压力端口互换)对应于根据图4的控制阀的左切换位置。
附图标记列表
1 冷却回路布置
2 发动机
3 冷却介质回路
4 冷却介质泵
5 旁通流体路径
6 冷却器
7 冷却器流体路径
8 冷却介质阀
9 液压致动器
10 连接管线
11 控制阀
12 出口开口
13 壳体
14 入口
15 出口
16 室
17 调节元件
18 缸体
19 控制室
20 阀室
21 复位弹簧
22 推力轴承
23 贯通开口
24 环形滑动件
25 外壳表面部分
26 底板部分
27 开口
28 室
29 连接通道(转向管线)
30 控制边缘
31 位置传感器
32 阀致动器
33 第一阀体
34 第二阀体
35 阀座
36 阀座
37 阀座
38 阀座
39 调节部件
40 推力轴承
41 控制阀壳体
42 推力轴承
43 径向孔
44 通孔
45 (内)圆周壁
46 引导通道
47 环形凹槽
48 控制阀室
AA 控制阀的工作端口
PA 控制阀的压力端口
TA 控制阀的流出端口
P 压力侧
S 吸力侧
B 第一工作端口
A 第二工作端口
F 弹簧力
I 第一弹簧
II 第二弹簧
III 第三弹簧
O1 第一操作点
O2 第二操作点
O3 第三操作点
Claims (18)
1.一种用于借助冷却介质冷却发动机的冷却回路布置(1),所述发动机特别是机动车辆燃烧式发动机,所述冷却介质通过冷却介质泵(4)在冷却介质回路(3)中的吸力侧(S)和压力侧(P)之间被输送,所述冷却介质回路(3)包括通过冷却器(6)的冷却器流体路径(7)和旁通流体路径(5),其中,具有致动器(9)的冷却介质阀(8)布置在所述冷却介质回路(3)中,用以设定流动通过所述冷却器流体路径(7)和所述旁通流体路径(5)的冷却介质流之间的体积流量比,
其特征在于,
所述致动器(9)具有能够液压致动的调节元件(17),所述调节元件能够经由与所述冷却介质阀(8)关联的至少一个控制阀(11)被供应冷却介质,所述冷却介质特别是来自所述冷却介质回路(3)的压力侧(P),以便设定所述体积流量比。
2.根据权利要求1所述的冷却回路布置,
其特征在于,
通过使所述调节元件(17)移位,特别是借助于与所述调节元件(17)联接的环形滑动件(24),所述冷却器流体路径(7)的出口(15)到所述冷却介质泵(4)的连接的自由流动横截面和/或所述旁通流体路径(5)的出口(15)到所述冷却介质泵(4)的连接的自由流动横截面能够改变,或者,
通过使所述调节元件(17)移位,特别是借助于与所述调节元件(17)联接的环形滑动件(24),所述冷却器流体路径(7)的入口(14)到所述冷却介质泵(4)的自由流动横截面和/或所述旁通流体路径(5)的入口(14)到其的自由流动横截面能够改变。
3.根据权利要求1或2所述的冷却回路布置,
其特征在于,
所述调节元件(17)与控制室(19)接界,所述控制室能够经由所述至少一个控制阀(11)供应冷却介质,特别是压力侧的冷却介质,并且优选地,所述调节元件(17)与阀室(20)接界,所述阀室也被供应冷却介质,特别是吸力侧的冷却介质。
4.根据权利要求3所述的冷却回路布置,
其特征在于,
为了使所述调节元件(17)移位,仅所述控制室(19)能够经由所述至少一个控制阀(11)与冷却回路(3)连结,或者,这种连接的自由流动横截面能够改变,或者,
为了使所述调节元件(17)移位,所述控制室(19)和所述阀室(20)两者均能够借助于所述至少一个控制阀(11)与冷却回路(3)连结,或者,对应连接的自由流动横截面能够改变,和/或,
为了保持调节元件位置,所述至少一个控制阀(11)能够用于将所述控制室(19)和所述阀室(20)二者与所述冷却回路连结,特别是在相同的冷却回路侧,或者,对应连接的自由流动横截面能够改变。
5.根据权利要求3或4所述的冷却回路布置,
其特征在于,
为了使所述调节元件(17)在第一移位方向上移位,特别是平移地移位,所述控制室(19)能够通过所述至少一个控制阀(11)与所述冷却介质回路(3)连结,特别是与所述冷却介质回路(3)的压力侧(P)连结,和/或这一连接的自由流动横截面能够扩大,并且,
为了使所述调节元件(17)在与所述第一移位方向相反的第二移位方向上移位,所述至少一个控制阀(11)能够用于打开所述控制室(19)与所述冷却介质回路(3)之间的连接,优选地打开其与所述冷却介质回路(3)的吸力侧(S)的连接,特别是在所述冷却介质阀(8)的内部,和/或这一连接的自由流动横截面能够被扩大。
6.根据权利要求3或4所述的冷却回路布置,
其特征在于,
为了借助所述至少一个控制阀(11)使所述调节元件(17)在第一移位方向上移位,特别是平移地移位,所述控制室(19)能够与所述冷却介质回路(3)的压力侧(P)连结,并且,所述阀室(20)能够与所述冷却介质回路(3)的吸力侧(S)连结,或者,相应连接的自由流动横截面能够改变,特别是扩大,并且,
为了使所述调节元件在与所述第一移位方向相反的第二移位方向上移位,所述至少一个控制阀(11)能够用于将所述阀室(20)与所述冷却介质回路(3)的压力侧(P)连结,并且将所述控制室(19)与所述冷却介质回路(3)的吸力侧(S)连结,或者,相应连接的自由流动横截面能够改变,特别是扩大,和/或
为了保持调节元件位置,所述至少一个控制阀(11)能够用于将所述控制室(19)和所述阀室(20)两者与所述冷却回路的压力侧(P)连结,或替代地与所述冷却回路的吸力侧(S)连结,或者,对应连接的自由流动横截面能够改变。
7.根据权利要求3至6中的一项所述的冷却回路布置,
其特征在于,
所述控制室(19)和所述阀室(20)布置在缸体(18)中,所述缸体包围所述调节元件(17),所述调节元件优选地是活塞形的,并且能够平移地移位。
8.根据权利要求3至7中的一项所述的冷却回路布置,
其特征在于,
在所述控制室(19)与所述阀室(20)之间设置泄漏流体路径,通过所述泄漏流体路径,冷却介质泄漏流体路径能够从所述控制室(19)流出进入所述阀室(20)中,特别是在从外侧经过所述调节元件(17)。
9.根据前述权利要求中的一项所述的冷却回路布置,
其特征在于,
优选地,所述至少一个控制阀(11)被设计和/或致动为电磁的、特别是PWM致动的比例阀,或者优选地为电磁的、特别是离散地切换的切换阀,和/或所述至少一个控制阀(11)被设计为多座切换阀或者组合式滑动件/多座切换阀,优选地,其每个是4/3向阀,所述4/3向阀包括能够利用共同的致动器移位的两个阀体(33、34),其中优选地,所述阀体中的一个由能够借助于所述致动器移位的调节部件穿过,所述致动器特别是活塞,以便将另一阀体移位,其中优选地,所述调节部件(39)能够或者仅相对于所述阀体(33、34)中的一个移位、或者替代地相对于所述阀体(33、34)中的两个移位。
10.根据前述权利要求中的一项所述的冷却回路布置,
其特征在于,
所述控制阀(11)能够通过控制单元致动和/或由控制单元致动,优选地,所述控制单元包括热控开关,并且所述控制单元以信息传导的方式与所述控制阀(11)连结,使得所述调节元件(17)能够占据两个稳定的调节位置,其优选地仅能够占据两个稳定的调节位置,每个调节位置限定固定的体积流量比,优选地,所述两个稳定的调节位置为第一调节位置和第二调节位置,在所述第一调节位置中,全部冷却介质流动通过所述冷却器流体路径(7),和/或在所述第二调节位置中,全部冷却介质或冷却介质的一部分流动通过所述旁通流体路径(5),或者,
所述控制阀(11)能够通过控制单元致动和/或由控制单元致动,所述控制单元以信息传导的方式与所述控制阀(11)连结,使得所述调节元件能够占据多个调节位置,特别是多于两个、优选地多于三个、进一步优选地多于十个的调节位置,每个调节位置导致彼此不同的体积流量比。
11.根据前述权利要求中的一项所述的冷却回路布置,
其特征在于,
所述控制阀(11)是3/2向阀,优选地,所述3/2向阀具有优选地在压力侧的冷却介质压力端口(PA)、优选地在吸力侧的冷却介质流出端口(TA)、和调节侧的冷却介质工作端口(AA),或者,
所述至少一个控制阀(11)具有4/3向阀功能,且具有优选地在压力侧的冷却介质压力端口(P)、优选地在吸力侧的冷却介质流出端口(T)、通至所述控制室(19)的第一工作端口(B),以及通至所述阀室(20)的第二工作端口(A)。
12.根据前述权利要求中的一项所述的冷却回路布置,
其特征在于,
所述至少一个控制阀(11)能够由控制单元致动,优选地根据取决于发动机温度的温度信号和/或独立于发动机温度信号而致动,其中,为了确定实际的体积流量比,所述控制单元以信息传导的方式与位置传感器(31)连结,以检测所述调节元件的位置。
13.根据前述权利要求中的一项所述的冷却回路布置,
其特征在于,
所述调节元件(19)能够通过对其供应特别是压力侧的冷却介质而抵抗复位弹簧的弹簧力移位,或者,所述调节元件(17)能够仅仅通过借助于所述冷却介质被液压地加压而在两个相反的移位方向上移位。
14.根据前述权利要求中的一项所述的冷却回路布置,
其特征在于,
所述冷却介质泵(4)被设置为使得所述冷却介质从所述泵流出到所述发动机(2),并且在所述发动机(2)之后,所述冷却介质回路(3)分成所述旁通流体路径(5)和所述冷却器流体路径(7)。
15.一种用于冷却发动机(2)的方法,所述发动机特别是机动车辆燃烧式发动机,特别地,所述方法借助于根据前述权利要求中的一项所述的冷却回路布置(1),其中,冷却介质在冷却介质回路(3)中的吸力侧(S)和压力侧(P)之间被输送,所述冷却介质回路包括引导通过冷却器(6)的冷却器流体路径(7)和旁通流体路径(5),其中,借助于布置在所述冷却介质回路(3)中并具有致动器(2)的冷却介质阀(8)设定流动通过所述冷却器流体路径(7)和所述旁通流体路径(5)的冷却介质体积流之间的体积流量比,
其特征在于,
所述致动器(2)具有能够液压致动的调节元件(17),所述调节元件被供应来自所述冷却介质回路(3)的冷却介质,所述冷却介质特别是来自所述冷却介质回路(3)的压力侧(P)的冷却介质,以便借助于与所述冷却介质阀(8)关联的控制阀(11)设定所述体积流量比。
16.根据权利要求15所述的方法,
其特征在于,
所述调节元件(17)被供应特别在压力侧的冷却介质,以用于在第一移位方向上移位,并且,用于使所述调节元件(17)在与第一移位方向相反的第二移位方向上移位的向所述调节元件(17)的冷却介质的这一供应是减少的,并且,向所述调节元件(17)供应的冷却介质至少部分地被排放到所述冷却介质回路(3)中,优选地朝向所述冷却介质回路(3)的吸力侧(S)排放,特别是在所述冷却介质阀(8)的内部。
17.根据权利要求15所述的方法,
其特征在于,
通过使用所述至少一个控制阀(11)优选地引导压力侧的冷却介质离开所述冷却介质回路到所述控制室(19)中,并且使得所述冷却介质经由所述至少一个控制阀(11)被排出所述阀室(20),特别是朝向所述吸力侧(S)并且到所述冷却介质回路中,优选地没有暴露于复位弹簧的力的调节元件(17)在第一移位方向上移位,并且
通过使用所述至少一个控制阀(11)优选地引导压力侧的冷却介质离开所述冷却介质回路到所述阀室(20)中,并且使得所述冷却介质经由所述至少一个控制阀(11)被排出所述控制室(19),特别是朝向所述吸力侧(S)并且到所述冷却介质回路中,所述调节元件(17)沿与所述第一移位方向相反的调节方向移位,和/或
为了保持调节元件位置,所述控制室(19)和阀室(20)两者通过所述至少一个控制阀(11)以流体传导的方式与所述冷却回路连结,优选地二者与吸力侧(S)连结或替代地与压力侧(P)连结。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法,
其特征在于,
所述至少一个控制阀(11)被致动,使得所述调节元件(17)仅在两个稳定的调节位置之间移位,或者使得所述调节元件(17)在多于两个稳定的调节位置之间移位,特别地在两个极限位置之间的多个中间位置之间移位,所述位置具有不同的体积流量比。
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