DE102008056247B4

DE102008056247B4 - Thermostatventilanordnung und Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102008056247B4
Application number: DE102008056247A
Authority: DE
Inventors: Carsten Heldberg
Original assignee: ITW Automotive Products GmbH
Current assignee: ITW Automotive Products GmbH
Priority date: 2008-11-06
Filing date: 2008-11-06
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2028-11-07
Also published as: EP2352913B1; EP2352913A1; WO2010052601A1; DE102008056247A1; US9341107B2; KR20110092271A; US20110204151A1

Abstract

Thermostatventilanordnung für ein Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem einen Ventilsitz enthaltenden Ventilgehäuse, einem Dehnstoffelement im Ventilgehäuse, das mit einem Ventilglied gekoppelt ist und einer Feder, die das Ventilglied gegen den Ventilsitz vorspannt, jeweils einem Kühlmittelanschluss auf beiden Seiten des Ventilsitzes, einem Bypassventilglied, das von einer Bypassventilfeder gegen einen Bypassventilsitz vorgespannt ist, um wahlweise einen Bypassanschluss am Ventilgehäuse mit einem der anderen Anschlüsse zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ventilgehäuse ein Elektromagnet (52) angeordnet ist mit einem Kern (56, 58), der bis an den Bypassventilsitz (38) reicht, das Bypassventilglied (34) einen magnetisch wirkenden Ankerabschnitt aufweist, der am Kern anliegt oder nahe am Kern liegt, wenn das Bypassventil (34) am Bypassventilsitz (38) anliegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Thermostatventilanordnung für ein Kühlsystem eines Kraftfahrzeuges nach dem Patentanspruch 1.
Übliche Thermostatventilanordnungen für Kühlsysteme von Kraftfahrzeugen mit einer Verbrennungskraftmaschine weisen ein in einem Ventilgehäuse angeordnetes Thermostatventil auf, das in der Regel von einem sogenannten Dehnstoffelement betätigt wird. Das Dehnstoffelement enthält ein geeignetes, sich bei Wärme in seinem Volumen änderndes Medium, wodurch ein kolbenartiger Stößel mehr oder weniger weit aus dem Gehäuse des Dehnstoffelements bewegt wird. Dies wird dazu ausgenutzt, um ein Ventilglied des Thermostatventils, das normalerweise von einer Ventilfeder gegen einen Dichtsitz vorgespannt ist, mehr oder weniger weit von Dichtsitz abzuheben. Es ist ferner bekannt, derartige Thermos tatventile gleichzeitig als Bypassventile auszuführen mit einem Bypassventilglied, das in Wirkverbindung steht mit dem Ventilglied des Thermostatventils und von einer Feder gegen einen Bypassventilsitz vorgespannt ist. Die Vorspannrichtung für das Bypassventilglied ist entgegengesetzt der Vorspannrichtung für das Thermostatventilglied. Bei niedrigen Temperaturen bleibt das Thermostatventil in seiner Schließstellung, und das Bypassventilglied kann aufgrund eines Druckunterschieds in seine Öffnungsstellung gelangen, um den Durchfluß eines Kühlmediums entlang eines Bypasspfades zuzulassen.
Um eine sehr schnelle Erwärmung der Verbrennungskraftmaschine auf Betriebstemperatur zu erreichen und dadurch den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemission zu reduzieren, ist erwünscht, während der Kaltstartphase die Wasserzirkulation durch den Verbrennungsmotor komplett zu unterbinden. Eine Kaltstartschaltung dieser Art ist an sich bekannt. Nachteilig hierbei ist aber, dass die Kühlmitteltemperatur nicht mehr unmittelbar zur Ansteuerung eines Dehnstoffelements verwendet werden kann, da in der Kaltstartphase das Kühlmittel nicht mehr durch den Verbrennungsmotor zirkuliert und daher auch nicht die aktuelle Temperaturinformation, z. B. die Temperatur der Kolbenlaufbuchsen, an das Dehnstoffelement geben kann, um rechtzeitig die Kaltstartschaltung aufzuheben.
Aus DE 103 54 230 A1 ist ein elektrisch ansteuerbares Mehrwegeventil bekannt, mit einem Schließkörper, der in einem Verbindungskanal zwischen mindestens zwei Anschlussleitungen angeordnet ist. Mindestens von einer Zulaufleitung zu einer Ablaufleitung ist parallel zum Schließkörper ein Bypasskanal vorgesehen, der die Zulaufleitung mit mindestens einer der Ablaufleitungen verbindet und in dem ein elektrisch betätigtes Notlaufventil vorgesehen ist, das den Bypasskanal im bestromten Zustand schließt, während der Bypasskanal im unbestromten Zustand durch den Druck einer Zulaufleitung geöffnet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Thermostatventilanordnung für ein Kühlsystem eines Kraftfahrzeuges zu schaffen, das nach einem Kaltstart eine Unterbrechung des Kühlmittelflusses rechtzeitig beendet.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Thermostatventilanordnung ist im Ventilgehäuse ein Elektromagnet angeordnet mit einem Kern, der bis nahe an den Bypassventilsitz reicht. Das Bypassventilglied weist einen magnetisch wirkenden Ankerabschnitt auf, der am Kern anliegt oder nahe am Kern liegt, wenn das Bypassventil am Bypassventilsitz anliegt.
Durch Erregung des Elektromagneten kann das Bypassventilglied in seiner Schließstellung gehalten werden, auch wenn an diesem eine Druckdifferenz des Kühlmittelsystems der Verbrennungskraftmaschine ansteht. Wird hingegen die Erregung des Elektromagneten beendet, kann sich das Bypassventilglied aufgrund dieses Differenzdruckes öffnen und eine Durchströmung des Kühlmittels durch den Motor und den Bypassweg ermöglichen.
Verbrennungskraftmaschinen haben bekanntlich eine Steuerung. Diese Steuerung wird erfindungsgemäß dazu verwendet, die Verbindung des Elektromagneten mit einer Stromquelle im Kraftfahrzeug zu verbinden bzw. wahlweise von dieser zu trennen. Eine Trennung bzw. die Beendigung der Erregung des Elektromagneten kann z. B. zeitabhängig erfolgen, nachdem die Verbrennungskraftmaschine gestartet wurde. Sie kann naturgemäß temperaturabhängig erfolgen, indem mit Hilfe eines Temperatursensors auf die Temperatur der Maschine rückgeschlossen wird.
Durch geeignete Auslegung des Bypassventilglieds und der Haltekraft des Elektromagneten lässt sich auch eine Öffnung des Ventils bei Überschreiten eines gewissen Wasserdrucks erreichen. Die erfindungsgemäße Ventilanordnung kann daher auch die Funktion eines Überdruckventils wahrnehmen.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Spule an der Außenseite des Ventilgehäuses angebracht, und Kernabschnitte sind über Öffnungen im Ventilgehäuse dichtend in das Ventilgehäuse hineingeführt. Vorzugsweise ist der Kern U-förmig, und seine Schenkel reichen bis zum Ventilsitz.
Es ist zwar denkbar, das Bypassventilglied aus magnetisch wirkendem Material herzustellen. Bevorzugt ist jedoch die Herstellung des Bypassventilglieds aus Kunststoff, wobei ein Ankerabschnitt, beispielsweise aus einem geeigneten Ankerblech, an dem Bypassventilglied angebracht ist. Diese Anbringung kann z. B. dadurch erfolgen, dass der Ankerabschnitt in das Material des Bypassventilglieds eingeformt ist.
Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Bypassventilglied axial am Ventilglied geführt und von der sich am Ventilglied abstützenden Bypassventilfeder entgegengesetzt des Thermostatventilglieds gegen den Bypassventilsitz vorgespannt. Das Bypassventilglied wird daher gegensinnig zum Thermostatventil geschlossen bzw. geöffnet. Bei der normalen thermostatischen Regelung verhält sich daher die erfindungsgemäße Thermostatventilanordnung wie ein konventionelles Thermostat-Bypassventil.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine erste Bypassventilfeder am Ventilglied abgestützt und mit dem anderen Ende an einem Ring oder einem ringförmigen Widerlager abgestützt, der in einer ringförmigen Ausnehmung des Bypassventilsglieds geführt ist. In der Ausnehmung ist außerdem eine zweite Bypassventilfeder angeordnet, die von der entgegengesetzten Seite am Ring bzw. ringförmigen Widerlager angreift, wobei die erste Bypassventilfeder eine größere Federkonstante als die zweite Bypassventilfeder hat. Beim Öffnen des Bypassventilsglieds wird im Wesentlichen nur die zweite Bypassventilfeder verformt. Das teilweise oder vollständige Verschließen des Bypassventilsglieds erfolgt durch den vom Thermostatventilglied erzeugten Federdruck der ersten Feder auf die zweite Bypassventilfeder. Die erste Bypassventilfeder dient daher im Wesentlichen der Kraftübertragung und weniger zur Erzeugung einer Ventilvorspannung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
1 zeigt einen Schnitt durch eine Thermostatventilanordnung nach der Erfindung.
2 zeigt die Ventilanordnung nach 1 mit gegenüber 1 geöffnetem Bypassventil.
3 zeigt die Thermostatventilanordnung nach 1 nach dem Öffnen des Thermostatventils.
4 zeigt einen Schnitt durch die Darstellung nach 2 entlang der Linie 4-4.
In den 1–3 ist eine Thermostatventilanordnung dargestellt, die allgemein mit 10 bezeichnet ist. Sie weist ein Ventilgehäuse auf, das einen oberen Gehäuseabschnitt 12 und einen unteren Gehäuseabschnitt 14 aufweist. Die Gehäuseabschnitte 12, 14, die aus einem geeigneten Kunststoffmaterial geformt sind, sind in geeigneter Weise miteinander verbunden, vorzugsweise lösbar. Zwischen diesen Teilen befindet sich eine Dichtung 16. Das obere Gehäuseteil 12 weist einen ersten Anschluss 18 für ein Kühlmittel auf. Das untere Gehäuseteil weist einen zweiten Anschluss 21 für das Kühlmittel auf. Der untere Gehäuseabschnitt 14 weist außerdem einen dritten Kühlmittelanschluss 20 für einen Bypassweg auf.
Der obere Gehäuseabschnitt 12 weist im Inneren einen konischen Ventilsitz 22 auf, mit dem ein Thermostatventilglied 24 zusammenwirkt, das tellerförmig ausgebildet ist und am Umfang einen Dichtring 26 hält. In den Ventilteller 24 ist ein bekanntes Dehnstoffelement 28 eingesetzt, dessen nach aussen weisender Stößel 30 sich an den Deckenabschnitt des oberen Gehäuseabschnitts 12 abstützt. Eine konische Ventilfeder 32 beaufschlagt die Ventilfeder 24 in Richtung Ventilsitz 22.
Ein Bypassventilglied 34 weist einen Ventilteller 36 auf, der mit einem Bypassventilsitz 38 zusammenwirkt. In der in 1 und 3 geschlossenen Stellung des Ventiltellers 36 ist der Strömungsweg zwischen den Anschlüssen 20, 21 unterbrochen. Dadurch kann entlang des Bypassweges eines nicht weiter dargestellten Kühlmittelsystems für eine Verbrennungskraftmaschine kein Kühlmittel fließen.
Das Bypassventilglied 34 weist auf der dem Ventilsitz 38 gegenüberliegenden Seite eine ringförmige Führung 40 auf. Diese nimmt teilweise eine erste Bypassventilfeder 42 auf, die sich mit dem anderen Ende an dem Ventilteller 24 abstützt. Innerhalb der ringförmigen Führung stützt sich die erste Feder 42 auf einer Ringscheibe 44 ab. Auf der gegenüberliegenden Seite der Ringscheibe 44 ist eine zweite Bypassventilfeder 46 angeordnet. Ihre Federkonstante ist kleiner als die der ersten Bypassventilfeder 42. Die Federn, 42, 46 sorgen dafür, dass das Bypassventilglied 34 bzw. das tellerförmige Ventilglied 36 am Ventilsitz 38 anliegt, falls keine signifikante Druckdifferenz zwischen den Anschlüssen 20, 21 besteht. Ist diese Druckdifferenz von einer bestimmten Größe, öffnet sich das Bypassventilglied 34, wie dies in 2 dargestellt ist, um eine Kühlmittelströmung entlang des Bypassweges durch den Motorblock der Verbrennungskraftmaschine zuzulassen.
An der Unterseite des unteren Gehäuseabschnitts 14 ist ein weiteres Gehäuse 50 durch Verschraubung angebracht, das eine Elektromagnetspule 52 enthält. Über einen nur angedeuteten Anschluss 54 ist die Magnetspule 52 über einen nicht gezeigten Schalter mit einer nicht gezeigten Stromquelle im Kraftfahrzeug verbindbar, in dem die nicht gezeigte Verbrennungsmaschine angeordnet ist. Die Magnetspule 52 nimmt einen Steg 56 eines U-mrmigen Kerns 58 auf, dessen Schenkel sich durch Öffnungen 60 im Gehäuseabschnitt 14 dichtend in dieses hinein erstrecken, und zwar bis nahe dem Ventilsitz 38, wie insbesondere in 2 zu erkennen. Im Ventilteller 36 ist eine Eisenblechscheibe 62 eingebettet, gegen welche die Enden der Schenkel des Kerns 58 anliegen oder nahe an diesem liegen. Der Querschnitt des Kerns lässt sich in 4 erkennen. Der Kern besteht im Wesentlichen aus einem magnetisch wirkenden Draht, der in U-Form gebogen ist. Naturgemäß kann der Kern auch aus einem Ferrit bestehen.
In der in den 1 und 3 gezeigten Schließstellung des Bypassventilglieds 34 wird dieses in der Schließstellung gehalten, wenn der Elektromagnet 52 erregt wird. Die am Bypassventilglied 34 anliegende Druckdifferenz ist nicht in der Lage, das Bypassventilglied 34 zu öffnen. Eine derartige Betätigung verhindert mithin, dass in einer Position gemäß 1 Strömungsmittel durch einen Bypassweg zur Verbrennungskraftmaschine strömen kann. Da auch das Thermostatventil geschlossen ist, kann sich die Verbrennungskraftmaschine in kürzester Zeit erwärmen. Ist dies der Fall, wird die Erregung des Magneten 52 beendet, so dass aufgrund des Differenzdruckes nunmehr sich das Bypassventilglied 34 entsprechend 2 öffnen kann, um den Strom des Kühlmittels entlang des Bypassweges zu ermöglichen. Im Übrigen könnte das Bypassventil 34 in seinem Querschnitt und die Federn so ausgelegt sein, dass auch bei erregter Spule 52 das Bypassventil öffnet, wenn der Differenzdruck zu groß ist. In diesem Falle dient das Bypassventil als Überdruckventil.
Während des Normalbetriebes führt das Bypassventil 34 seine übliche Funktion aus, nämlich wird allmählich geschlossen, wenn das Thermostatventil mit dem Ventilteller 24 in die Öffnungsstellung geht. In 3 ist dies bei voller Öffnungsstellung des Thermostatventils angedeutet; das Bypassventil ist geschlossen.
Wie den 1–3 zu entnehmen, weist der Ventilteller 24 einen axialen hülsenförmigen Ansatz 66 auf, an dem eine Außenwand der Führung 40 des Bypassventilglieds 34 an der Innenseite geführt ist. Wie sich aus den 1 und 2 ergibt, kann der axiale Ansatz 66 gegenüberliegende achsparallele Schlitze 68 aufweisen, in denen Nasen 70 des Bypassventilglieds 34 geführt sind. Diese Nasen begrenzen die Bewegung des Bypassventilglieds 34 von dem Ventilteller 24 fort. Für den normalen Betrieb spielt diese Begrenzung keine Rolle. Die Nasen 70 dienen dazu, Ventilteller 24 und Bypassventilglied 34 vormontieren zu können, bevor diese Einheit in das Ventilgehäuse eingesetzt wird.

Claims

Thermostatventilanordnung für ein Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem einen Ventilsitz enthaltenden Ventilgehäuse, einem Dehnstoffelement im Ventilgehäuse, das mit einem Ventilglied gekoppelt ist und einer Feder, die das Ventilglied gegen den Ventilsitz vorspannt, jeweils einem Kühlmittelanschluss auf beiden Seiten des Ventilsitzes, einem Bypassventilglied, das von einer Bypassventilfeder gegen einen Bypassventilsitz vorgespannt ist, um wahlweise einen Bypassanschluss am Ventilgehäuse mit einem der anderen Anschlüsse zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ventilgehäuse ein Elektromagnet (52) angeordnet ist mit einem Kern (56, 58), der bis an den Bypassventilsitz (38) reicht, das Bypassventilglied (34) einen magnetisch wirkenden Ankerabschnitt aufweist, der am Kern anliegt oder nahe am Kern liegt, wenn das Bypassventil (34) am Bypassventilsitz (38) anliegt.
Thermostatventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spule (52) an der Außenseite des Ventilgehäuses angebracht ist und Kernabschnitte (58) über Öffnungen (60) im Ventilgehäuse dichtend in das Ventilgehäuse hineingeführt werden.
Thermostatventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern U-förmig ist und seine Schenkel (58) bis annähernd bis zum Ventilsitz (38) reichen.
Thermostatventilanordnung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypassventilglied (34) aus Kunststoff geformt ist, an dem mindestens ein blechförmiger Ankerabschnitt (62) angebracht ist.
Thermostatventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerabschnitt (62) in das Material des Bypassventils (34) eingeformt ist.
Thermostatventilanordnung nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypassventilglied (34) axial am Thermostatventilglied (24) geführt ist und von der sich am Thermostatventilglied (24) abstützenden Bypassventilfeder entgegengesetzt dem Thermostatventilglied (24) gegen den Bypassventilsitz (38) vorgespannt ist.
Thermostatventilanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bypassventilfeder (42) am Thermostatventil (24) abgestützt und mit dem anderen Ende an einem ringförmigen Widerlager abgestützt ist, das in einer ringförmigen Ausnehmung (40) des Bypassventilglieds (34) geführt und in der Ausnehmung (40) eine zweite Bypassventilfeder (46) angeordnet ist, die von der entgegen gesetzten Seite an dem ringförmigen Widerlager (44) angreift, wobei die erste Bypassventilfeder (42) eine größere Federkonstante als die zweite Bypassventilfeder (46) hat.
Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug, das in einer Kühlmittelleitung für eine Verbrennungskraftmaschine eine Thermostatventilanordnung mit Bypassventil aufweist, wobei ein Kühlmittelstrom über eine Bypassleitung fließt, wenn das von einer Feder beaufschlagte Bypassventil geöffnet ist und wobei das Bypassventil mit einem Thermostatventil so zusammen wirkt, dass das Bypassventil mit zunehmendem Öffnen des Thermostatventils geschlossen wird, und einer Steuerung für die Verbrennungskraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ventilgehäuse ein Elektromagnet angeordnet ist, der mit einem magnetisch wirkenden Bypassventilglied zusammen wirkt, wenn er in seiner Schließstellung ist und ein den Elektromagneten mit einer Stromquelle verbindbarer Schalter mit der Steuerung verbunden und von dieser betätigbar ist.