DE102005011754A1

DE102005011754A1 - Thermostatventil für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005011754A1
Application number: DE200510011754
Authority: DE
Inventors: Anton Dipl.-Ing. Hochenrieder; Jochen Dipl.-Ing. Weeber; Frank Dipl.-Ing. Weinert
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Weeber Jochen Dipl-Ing 70794 Filderstadt De
Priority date: 2005-03-15
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2006-10-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Thermostatventil (10) für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine mit einem ersten zwischen einer Mischkammer (MK) und einem Kühlerkreislauf (KK) angeordneten Ventilelement (2), einem zweiten zwischen der Mischkammer (MK) und einem Kurzschlusskreislauf (KS) angeordneten Ventilelement (3) und einer gemeinsamen Antriebsvorrichtung (1) für das erste Ventilelement (2) und das zweite Ventilelement (3). Erfindungsgemäß ist zwischen der Mischkammer (MK) und dem Kühlerkreislauf (KK) ein Bypasskanal (6) angeordnet, in welchem ein drittes Ventilelement (5) angeordnet ist, welches den Bypasskanal (6) zur Durchführung eines Druckausgleichs öffnet, wenn ein Differenzdruck zwischen der Mischkammer (MK) und dem Kühlerkreislauf (KK) einen vorgegebenen Grenzdruckwert überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Thermostatventil für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solche Thermostatventile teilen in der Regel den Volumenstrom im Kühlmittelkreislauf von einer Brennkraftmaschine in einen ersten Volumenstrom in einem Kühlerkreislauf und einen zweiten Volumenstrom in einem Kurzschlusskreislauf auf.

In der Offenlegungsschrift DE 44 26 435 A1 wird ein Thermostatventil für den Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine beschrieben, welches ein Hauptventil, ein hauptventilseitig gesteuertes Kurzschlussventil für einen Kurzschlusskreislauf und ein im Kurzschlusskreislauf angeordnetes Warmlaufventil umfasst. Hierbei wird zur Druckbegrenzung vorgeschlagen, dass das Warmlaufventil als ein relativ zum Kurzschlussventil in Öffnungs- und Schließrichtung freibewegliches Drosselventil ausgeführt wird. Das zusätzlich zur Druckbegrenzung dienende Warmlaufventil ist mit einer vom Kurzschlussventil gesteuerten verschließbaren Bypassverbindung ausgebildet, welche als Kurzschlussströmungsquerschnitt wirkt.

Im Gebrauchsmuster G 91 09 600.6 U1 wird ein Thermostatventil für einen Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors mit einem thermostatischen Arbeitselement beschrieben, welches ein Dehnstoff enthaltendes Gehäuse und einen aus dem Gehäuse ausfahrbaren Arbeitkolben aufweist. Der Arbeitskolben ist derart an einem Widerlager abgestützt, dass sich das mit einem Ventilteller verbundene Gehäuse bei ausfahrendem Arbeitskolben gegen die Wirkung einer Rückstellfeder bewegt und den Ventilteller von einem Ventilsitz abhebt. Das Thermostatventil umfasst ein Vorsteuerventil, wobei zwischen dem als Drucklager ausgebildeten Widerlager und dem Arbeitskolben ein mit dem ersten Teil der Ausfahrbewegung des Arbeitskolbens zu überbrückender Leerweg vorgesehen ist. Zudem ist eine Bypassverbindung vorhanden, welche das vom Ventilteller und vom Ventilsitz gebildete Ventil umgeht und welcher ein Verschlussglied zugeordnet ist. Das Verschlussglied ist derart an dem Arbeitskolben angebracht, dass das Verschlussglied und die Bypassverbindung ein Vorsteuerventil bilden, welches während des Ausfahrens des Arbeitskolbens zum Überbrücken des Leerwegs öffnet und wobei das Verschlussglied entgegen der Ausfahrrichtung des Arbeitskolbens mit einer Schließfeder belastet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Thermostatventil für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, welches einfach und daher kostengünstig aufgebaut ist und einen sicheren Betrieb ermöglicht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellung eines Thermostatventils für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß umfasst ein Thermostatventil für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine zwischen einer Mischkammer und einem Kühlerkreislauf einen Bypasskanal, in welchem ein drittes Ventilelement angeordnet ist, welches zur Durchführung eines Druckausgleichs öffnet, wenn ein Differenzdruck zwischen der Mischkammer und dem Kühlerkreislauf einen vorgegebenen Grenzdruckwert überschreitet. Der zusätzliche Bypasskanal ermöglicht in vorteilhafter Weise eine einfache und kostengünstige Konstruktion des Thermostatventils bei gleichzeitiger hoher Betriebssicherheit. Insbesondere können ein erstes zwischen der Mischkammer und dem Kühlerkreislauf angeordnetes Ventilelement, ein zweites zwischen der Mischkammer und einem Kurzschlusskreislauf angeordnetes Ventilelement und eine gemeinsames Antriebsvorrichtung für das erste Ventilelement und das zweite Ventilelement als einfaches Doppeltellerventilelement ohne aufwändige Konstruktionsteile ausgeführt werden. Da durch den Druckausgleich ein Ansteigen des Differenzdruckes und damit ein Schwingen eines der Hauptventilelemente verhindert wird, wird die Betriebssicherheit erhöht und ein Auftreten des hydrostatischen Paradoxon vermieden, wobei die Schwingneigung des Hauptventilelements beispielsweise vom Durchmesser des entsprechenden Ventiltellers abhängig ist. Zudem ermöglicht die Entkopplung des dritten Ventilelements vom ersten und zweiten Ventilelement in vorteilhafter Weise größere steuerbare Volumenströme im Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine.

In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Thermostatventils, ist das dritte Ventilelement beispielsweise als Drosselventil ausgeführt, welches in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen der Mischkammer und dem Kühlerkreislauf gesteuert wird. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise einen einfachen Aufbau des dritten Ventilelements, um den Druckausgleich zwischen der Mischkammer und dem Kühlerkreislauf zu steuern.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Thermostatventils, ist der Grenzdruckwert beispielsweise über eine zweite Federkraft vorgebbar, welche gegen den Differenzdruck wirkt.

In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Thermostatventils bilden die gemeinsame Antriebsvorrichtung, das erste Ventilelement und das zweite Ventilelement ein Doppeltellerventilelement, welches gegen eine erste Federkraft wirkt, um einen Verstellweg auszuführen, über welchen Volumenströme im Kühlerkreislauf und im Kurzschlusskreislauf einstellbar sind.

Die gemeinsame Antriebsvorrichtung für das erste und zweite Ventilelement ist beispielsweise als thermostatisches Arbeitselement ausgeführt, welches den Volumenstrom im Kühlerkreislauf und den Volumenstrom im Kurzschlusskreislauf in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur durch Vorgabe eines entsprechenden Stellweges einstellt.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Thermostatventils weist der Volumenstrom im Kühlerkreislauf in einer Ausgangsstellung des Doppeltellerventilelements einen Minimalwert auf und der Volumenstrom im Kurzschlusskreislauf weist einen Maximalwert auf. In einer Endstellung des Doppeltellerventilelements weist der Volumenstrom im Kühlerkreislauf einen Maximalwert auf und der Volumenstrom im Kurzschlusskreislauf weist einen Minimalwert auf.

Das erfindungsgemäße Thermostatventil eignet sich aufgrund der großen Volumenströme insbesondere für eine Verwendung in Brennkraftmaschinen mit einem großen Kühlmitteldurchsatz und einer Auslassregelung.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Die einzige Figur zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Thermostatventils für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine.
Wie aus der Figur ersichtlich ist, umfasst ein erfindungsgemäßes Thermostatventil 10 für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine ein erstes zwischen einer Mischkammer MK und einem Kühlerkreislauf KK angeordnetes Ventilelement 2, welches beispielsweise als Hauptteller ausgeführt ist, ein zweites zwischen der Mischkammer MK und einem Kurzschlusskreislauf KS angeordnetes Ventilelement 3, welches beispielsweise als Kurzschlussteller ausgeführt ist, und eine gemeinsame Antriebsvorrichtung 1 für das erste Ventilelement 2 und das zweite Ventilelement 3, welche beispielsweise als thermostatisches Arbeitselement ausgeführt ist.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die gemeinsame Antriebsvorrichtung 1, das erste Ventilelement 2 und das zweite Ventilelement 3 als Doppeltellerventilelement 7 ausgeführt, welches gegen eine erste Federkraft F1 wirkt, um in Abhängigkeit von einer Kühlmitteltemperatur einen Verstellweg s auszuführen, wobei der maximal mögliche Verstellweg des Doppeltellerventilelements 7 einem maximalen Abstand a zwischen dem zweiten Ventilelement 3 und einem zugehörigen Ventilsitz am Gehäuse 4 entspricht.
Wie weiter aus der Figur ersichtlich ist, wird ein vom Verbrennungsmotor kommender Volumenstrom V .1 in Abhängigkeit von der Stellung des Doppeltellerventilelements 7 auf einen Volumenstrom V .3 im Kühlerkreislauf KK, welcher zu einem Wärmeübertrager bzw. Kühler führt, und auf einen Volumenstrom V .2 im Kurzschlusskreislauf KS aufgeteilt. In einer Ausgangsstellung des Doppeltellerventilelements 7 weist der Volumenstrom V .3 im Kühlerkreislauf KK einen Minimalwert auf, z.B. den Wert 0, und der Volumenstrom V .2 im Kurzschlusskreislauf KS weist einen Maximalwert auf, d.h. der Abstand des zweiten Ventilelements 3 vom Ventilsitz am Gehäuse 4 entspricht in dieser Stellung dem maximal möglichen Abstand a. In einer Endstellung des Doppeltellerventilelements 7 weist der Volumenstrom V .3 im Kühlerkreislauf KK einen Maximalwert auf und der Volumenstrom V .2 im Kurzschlusskreislauf KS weist einen Minimalwert auf, d.h. der Abstand des ersten Ventilelements 2 von einem zugehörigen Ventilsitz am Gehäuse 4 entspricht dem maximalen Abstand a und der Abstand zwischen dem zweiten Ventilelement 3 und dem Ventilsitz am Gehäuse 4 ist minimal, d.h. das zweite Ventilelement liegt auf dem Ventilsitz am Gehäuse 4 auf.
Weist der Volumenstrom V .3 im Kühlerkreis den Minimalwert 0 auf, dann stellt sich in Abhängigkeit von der Leistung einer nicht dargestellten Kühlmittelpumpe, von den Druckverlusten in der Brennkraftmaschine und im Kurzschlusskreislauf KS in der Mischkammer ein Druck p1 ein. Dadurch baut sich zwischen der Mischkammer MK und dem Kühlerkreislauf KK am ersten Ventilelement 2 ein Differenzdruck Δp1p3 auf. Erreicht die Kühlmitteltemperatur die vorgegebene Öffnungstemperatur des thermischen Arbeitselements 1, dann legen das erste und zweite Ventilelement 2, 3 einen Verstellweg s zurück. Überschreitet die Druckdifferenz Δp1p3 zwischen der Mischkammer MK und dem Kühlerkreislauf KK jedoch einen Grenzwert, dann kann das zweite Ventilelement 2 bei kleinen Hüben zu schwingen beginnen, was auch als hydrostatisches Paradoxon bezeichnet wird. Deshalb ist erfindungsgemäß zwischen der Mischkammer MK und dem Kühlerkreislauf KK ein Bypasskanal 6 angeordnet, in welchem ein drittes Ventilelement 5 angeordnet ist, welches den Bypasskanal 6 zur Durchführung eines Druckausgleichs öffnet, wenn der Differenzdruck Δp1p3 zwischen der Mischkammer MK und dem Kühlerkreislauf KK einen vorgegebenen Grenzdruckwert überschreitet. Der vorgegebene Grenzdruckwert wird so gewählt, dass der kritische Druckwert, welche die Schwingungen auslöst nicht erreicht wird und ein sicherer Betrieb möglich ist und Bauteilschäden vermieden werden. Das dritte Ventilelement 5 weist daher auch eine Bauteilschutzfunktion für das Thermostatventil 10 bei einem extremen Motorbetrieb auf.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das dritte Ventilelement 5 als Drosselventil ausgeführt, welches in Abhängigkeit von der Druckdifferenz Δp1p3 zwischen der Mischkammer MK und dem Kühlerkreislauf KK steuerbar ist, wobei der Grenzdruckwert über eine zweite Federkraft F2 vorgegeben wird, gegen welche der Differenzdruck wirkt. Da der Differenzdruck Δp1p3 vom Betriebspunkt der nicht dargestellten Wasserpumpe abhängig ist, können bei einer mechanischen Wasserpumpe die Thermostatfunktionen beim Motorwarmlauf erhalten werden.
Das beschriebene erfindungsgemäße Thermostatventil 10 wird vorzugsweise in Brennkraftmaschinen mit einem großen Kühlmitteldurchsatz und einer Auslassregelung verwendet.

Claims

Thermostatventil für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine mit einem ersten zwischen einer Mischkammer (MK) und einem Kühlerkreislauf (KK) angeordneten Ventilelement (2), einem zweiten zwischen der Mischkammer (MK) und einem Kurzschlusskreislauf (KS) angeordneten Ventilelement (3), und einer gemeinsamen Antriebsvorrichtung (1) für das erste Ventilelement (2) und das zweite Ventilelement (3), gekennzeichnet durch einen zwischen der Mischkammer (MK) und dem Kühlerkreislauf (KK) angeordneten Bypasskanal (6), in welchem ein drittes Ventilelement (5) angeordnet ist, welches den Bypasskanal (6) zur Durchführung eines Druckausgleichs öffnet, wenn ein Differenzdruck zwischen der Mischkammer (MK) und dem Kühlerkreislauf (KK) einen vorgegebenen Grenzdruckwert überschreitet.
Thermostatventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Ventilelement (5) als Drosselventil ausgeführt ist, welches in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen der Mischkammer (MK) und dem Kühlerkreislauf (KK) steuerbar ist.
Thermostatventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzdruckwert über eine zweite Federkraft (F2) vorgebbar ist, gegen welche der Differenzdruck wirkt.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Antriebsvorrichtung (1), das erste Ventilelement (2) und das zweite Ventilelement (3) ein Doppeltellerventilelement (7) bilden, welches gegen eine erste Federkraft (F1) wirkt, um einen Verstellweg (s) auszuführen, über welchen Volumenströme im Kühlerkreislauf (KK) und im Kurzschlusskreislauf (KS) einstellbar sind.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Antriebsvorrichtung (1) für das erste und zweite Ventilelement (2, 3) als thermostatisches Arbeitselement ausgeführt ist, welches den Volumenstrom (V .3) im Kühlerkreislauf (KK) und den Volumenstrom (V .2) im Kurzschlusskreislauf (KS) in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur durch Vorgabe eines entsprechenden Stellweges (s) einstellt.
Thermostatventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ausgangsstellung des Doppeltellerventilelements (7) der Volumenstrom (V .3) im Kühlerkreislauf einen Minimalwert aufweist und der Volumenstrom (V .2) im Kurzschlusskreislauf (KS) einen Maximalwert aufweist, wobei in einer Endstellung des Doppeltellerventilelements (7) der Volumenstrom (V .3) im Kühlerkreislauf (KK) einen Maximalwert aufweist und der Volumenstrom (V .2) im Kurzschlusskreislauf (KS) einen Minimalwert aufweist.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermostatventil (10) in einer Brennkraftmaschine mit einem großen Kühlmitteldurchsatz und einer Auslassregelung verwendet wird.