DE102014000109A1 - Rotary valve hydraulically operated with electronic control and locking - Google Patents

Rotary valve hydraulically operated with electronic control and locking Download PDF

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Abstract

Drehventil für Kühlwasserkreislaufregelung an Motoren dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens über einen hydraulischen Antrieb verfügt.Rotary valve for cooling water circulation control of engines, characterized in that it has at least one hydraulic drive.

Description

Die Erfindung betrifft die Betätigung und Regelung eines Drehventils in einem Verbrennungsmotorkühlsystem. Das Drehventil wird auch als Wärmemanagmentmodul bezeichnet.The invention relates to the actuation and regulation of a rotary valve in an internal combustion engine cooling system. The rotary valve is also referred to as a heat management module.

Das Ventil verteilt den Kühlmittelstrom vom Verbrennungsmotor in vorbestimmten Strömungsbetriebsweisen, entweder gleichzeitig an den Kühler und den Heizer, nur an einen Bypasskreislauf, nur an den Heizer oder gleichzeitig an den Kühler und den Bypass. Der Ventilkörper eines Drehventils enthält mindestens einen Einlassanschluss, einen Kühlerauslassanschluss, einen Bypassauslassanschluss und einen Heizerauslassanschluss. In den Skizzen sind die beschriebenen Ausgänge nicht gezeigt. Die Steuerung führt zu Vorteilen, wie kürzere Motoraufwärmzeit, Reduzierung von Motoremissionen und Kraftstoffverbrauch, verbesserte Fahrgastraumheizleistung und längere Motorlebensdauer durch reduzierte Temperaturschocks der Motorkomponenten infolge präziserer Steuerung der MotorbetriebstemperaturThe valve distributes the flow of coolant from the engine in predetermined flow modes, either simultaneously to the radiator and the heater, only to a bypass circuit, only to the heater or simultaneously to the radiator and the bypass. The valve body of a rotary valve includes at least an inlet port, a radiator outlet port, a bypass outlet port, and a heater outlet port. The described outputs are not shown in the sketches. The control provides benefits such as faster engine warm-up time, reduction of engine emissions and fuel consumption, improved cabin heat output, and longer engine life due to reduced engine component temperature shocks due to more precise control of engine operating temperature

Stand der Technik ist (z. B. DE 19849492A1 ), die Drehventile verfügen über ein feststehendes Gehäuse in dem sich ein wie auch immer ausgeführter Regler in Kugel, Ring oder sonstiger Bauweise dreht und je nach Stellung Anschlüsse und Zuläufe öffnet oder verschließt.The state of the art is (eg DE 19849492A1 ), the rotary valves have a fixed housing in which a whatsoever controller in ball, ring or other construction rotates and opens or closes connections and inlets depending on the position.

Stand der Technik ist das der drehbare innere Regler entweder von einem elektrischen Stellmotor verdreht wird, dabei wir von einem elektronischen Regler gesprochen oder die Verdrehung findet hydraulisch statt. Die Ausführung mit Stellmotor macht das Regelventil in der Herstellung teuer. Die hydraulische Variante wird nur zur Fail-Safe-Variante (z. B. DE10 2008 047 187A1 ) genutzt.The state of the art is that the rotatable inner governor is either rotated by an electric servomotor, we talk about an electronic governor or the rotation takes place hydraulically. The actuator version makes the control valve expensive to manufacture. The hydraulic variant only becomes a fail-safe version (eg DE10 2008 047 187A1 ) used.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Zwischenstufe der beiden oben aufgeführten Ausführungen dar. Der drehbare Regler wird durch ein Antriebsrad das mit der Kraft des strömenden Kühlmittels des Kühlmittelkreislaufs beaufschlagt wird rotatorisch gedreht. Das Antriebsrad ist dabei mit dem Regler über eine Welle fest verbunden. Die Arretierung und Regelung findet elektronisch statt.The present invention provides an intermediate stage of the two embodiments listed above. The rotatable regulator is rotatably rotated by a drive wheel which is acted upon by the force of the flowing coolant of the coolant circuit. The drive wheel is firmly connected to the controller via a shaft. The locking and regulation takes place electronically.

Die Zufuhrleitung (10) die von der Kühlwasserpumpe kommt teilt sich in einen Abzweig (11) der zum Antriebsrad führt und in einen Abzweig (12) der zur Mischkammer (22) führt. Ein elektromagnetisch betätigtes 3-Wege-Relais (13) ist auf der Stirnseite angebracht. Der vom Relais betätigte Schieber (14) verschließt und öffnet den Zulauf (12), der zweite Arm (15) des Schiebers fährt in die Lochscheibe (16). Auf der Stirnseite der Mischkammer befindet ein berührungsloser Drehwinkelsensor (17) z. B. als Hallsensor ausgebildet. In dem Gehäuse (18) ist der drehbare Regler (19) geführt, der über die gemeinsame Welle fest mit dem Antriebsrad (20) sowie der Lochscheibe (16) verbunden ist.The supply line ( 10 ) coming from the cooling water pump splits into a branch ( 11 ) leading to the drive wheel and into a branch ( 12 ) to the mixing chamber ( 22 ) leads. An electromagnetically operated 3-way relay ( 13 ) is mounted on the front side. The slider operated by the relay ( 14 ) closes and opens the inlet ( 12 ), the second arm ( 15 ) of the slide moves into the perforated disc ( 16 ). On the front side of the mixing chamber is a non-contact angle sensor ( 17 ) z. B. formed as a Hall sensor. In the case ( 18 ) is the rotatable controller ( 19 ), which via the common shaft fixed to the drive wheel ( 20 ) and the perforated disc ( 16 ) connected is.

Die Erfindungsbeschreibung wird am Beispiel eines Ringschiebers dargestellt. Die Erfindung kann aber auch auf sämtliche vorhandene und bekannte Regler angewandt werden die mit einem Stellmotor im Kühlkreislauf arbeiten wie Rotationsthermostat, Rotationsregler, Flach-, Dreh-, Kugel-, Ring-, Schieber oder weitere.The description of the invention is shown using the example of an annular slide. The invention can also be applied to all existing and known regulator working with a servomotor in the cooling circuit such as rotary thermostat, rotary controller, flat, rotary, ball, ring, slide or more.

Bei Stillstand des Motors und zugleich stromlosem Zustand des Relais befindet sich der Schieber in „0”-Stellung. In dieser Stellung ist der Bolzen aus der Lochscheibe ausgefahren und der Schieber verschließt die Zufuhrleitung (12) nur teilweise. Durch die Erhebung (21) an der Lochscheibe und den Bolzen (15) wird der gesamte Regler am Verdrehen gehindert. Diese Ausgangsstellung ist zugleich eine Fail-Safe Position des Reglers.When the motor is at standstill and at the same time the relay is de-energized, the slide is in the "0" position. In this position, the bolt is extended from the perforated disc and the slide closes the supply line ( 12 ) only partially. By the survey ( 21 ) on the perforated disc and the bolt ( 15 ), the entire controller is prevented from twisting. This initial position is also a fail-safe position of the controller.

Bei Betrieb des Verbrennungsmotors steht an der Zufuhrleitung (10) der Kühlsystemdruck an. Der Hallsensor gibt dem Steuergerät ein Signal über die augenblickliche Position des drehbaren Reglers. Das Steuergerät errechnet die gewünschte Betriebstemperatur des Motors und die dazu erforderliche Position des Reglers. In der „0”-Stellung des Relais (3) ist der Zulauf (12) teilweise versperrt, so daß der Kühlwasserstrom auch über den Abzweig (12) auf das Antriebsrad wirkt. Durch die Leitschaufeln auf dem Antriebsrad wird der Regler rotatorisch bewegt. Das Kühlwasser treibt das Antriebsrad an und kann über Öffnungen in die Mischkammer abfließen. Leitschaufeln sind hierbei solche strömungsdynamisch geformten Elemente in Schaufel- oder Flügelform, die eine Anströmung des Kühlmittels beziehungsweise des Teilstroms des Kühlmittels in eine Bewegung umsetzen, insbesondere in eine Drehbewegung.During operation of the internal combustion engine is on the supply line ( 10 ) the cooling system pressure. The Hall sensor gives the control unit a signal about the instantaneous position of the rotatable controller. The control unit calculates the desired operating temperature of the motor and the required position of the controller. In the "0" position of the relay ( 3 ) is the feed ( 12 ) partially blocked, so that the cooling water flow via the branch ( 12 ) acts on the drive wheel. Through the guide vanes on the drive wheel, the controller is moved in rotation. The cooling water drives the drive wheel and can flow through openings in the mixing chamber. Guide vanes are in this case such flow-dynamically shaped elements in blade or wing shape, which convert a flow of the coolant or the partial flow of the coolant into a movement, in particular in a rotational movement.

Der Drehwinkelsensor gibt dem Steuergerät ständig ein Signal in welcher Position sich der Regler befindet. Ist die vom Steuergerät gewünschte Position erreicht fährt das Relais in die „+1” Position (3) dabei fährt der Bolzen in die Lochscheibe ein und verhindert ein weiteres Verdrehen des Reglers. Gleichzeitig öffnet der Schieber den Zulauf (12). Das Kühlwasser strömt direkt in die Mischkammer ein. Durch das öffnen des Schiebers wirkt auf das Antriebsrad nur noch eine sehr geringe Kraft. Das Kühlwasser sucht sich den geringsten Widerstand. Wird vom Steuergerät eine andere Betriebstemperatur und folglich eine andere Reglerstellung gewünscht, wird das Relais in den stromlosen Zustand Position „0” gesetzt die Zulaufleitung (12) wird teilweise verschlossen der Widerstand ist auf der Zulaufleitung (12) zur Mischkammer höher als die Kraft die zum verdrehen des Antriebsrades und somit Reglers erforderlich ist. Der Bolzen ist aus der Lochscheibe ausgefahren und ein Teil der kinetischen Energie des strömenden Kühlmittels wird in eine Drehbewegung des Drehschiebers umgesetzt.The rotation angle sensor constantly gives the control unit a signal in which position the controller is located. When the control unit has reached the desired position, the relay moves to the "+1" position ( 3 ) while the bolt enters the perforated disc and prevents further rotation of the controller. At the same time, the slide opens the inlet ( 12 ). The cooling water flows directly into the mixing chamber. By opening the slider only a very small force acts on the drive wheel. The cooling water seeks the least resistance. If the control unit requires a different operating temperature and consequently a different controller position, the relay is set to the de-energized position "0", the supply line ( 12 ) is partially closed the resistance is on the supply line ( 12 ) to the mixing chamber higher than the force for rotating the drive wheel and thus Regulator is required. The bolt is extended out of the perforated disk and a part of the kinetic energy of the flowing coolant is converted into a rotary movement of the rotary valve.

Durch die tangentiale oder sekantenartige außermittige Anströmung mit der kinetischen Energie des Kühlwasserstromes und die Ausführungsform der Leitschaufeln des Antriebsrades, dreht sich der Regler nur in eine Richtung. Durch den Bolzen und die Erhebung an der Lochscheibe kann sich der Regler nicht weiter wie zu der Erhebung (Fail-Safe Position) drehen. Um ein weiter drehen zu ermöglichen wird vom Steuergerät das Relais kurzzeitig zur Überwindung der Erhebung in die „–1” Position (3) geschaltet.Due to the tangential or secant-like off-center flow with the kinetic energy of the cooling water flow and the embodiment of the guide vanes of the drive wheel, the controller only rotates in one direction. Due to the bolt and the protrusion on the perforated disc, the controller can not continue to rotate as to the survey (fail-safe position). In order to allow further rotation, the control unit briefly releases the relay to overcome the elevation to the "-1" position ( 3 ).

Fail-Safe PositionFail-safe position

Bei Stillstand des Motors und zugleich stromlosem Zustand des Relais befindet sich der Schieber in „0”-Stellung. Der stromlose Zustand des Relais kann durch eine Unterbrechung der stromführenden Leitungen oder sonstigen Fehlern an der Elektronik hervorgerufen werden. In dieser Stellung ist der Bolzen aus der Lochscheibe ausgefahren und der Schieber verschließt die Zufuhrleitung (12) teilweise. Durch die Erhebung (21) an der Lochscheibe und den Bolzen (15) wird der gesamte Regler am Verdrehen gehindert. Diese Ausgangsstellung ist zugleich eine Fail-Safe Position des Reglers. In dieser Reglerposition ist der Kühler ständig durchströmt und eine Überhitzung des Motors durch einen fehlerhaften Regler ausgeschlossen. In der stromlosen Grundstellung des Relais wird durch den Schieber die Zufuhrleitung (12) nur teilweise verschlossen, damit noch ein reduzierter Kühlwasserstrom in die Mischkammer und nachfolgend zur Kühlung vorhanden ist. Sollte kein Kühlwasserstrom mehr vorhanden sein kann im ungünstigen Fall auch nicht mehr die Fail-Safe Position über das Antriebsrad erreicht werden, allerdings ist in diesem Schadensfall dann der fehlende Kühlwasserstrom, z. B. durch eine fehlerhafte Wasserpumpe, Kühlwasserführende Leitungen, etc. das begrenzende Element.When the motor is at standstill and at the same time the relay is de-energized, the slide is in the "0" position. The currentless state of the relay can be caused by an interruption of the current-carrying lines or other errors on the electronics. In this position, the bolt is extended from the perforated disc and the slide closes the supply line ( 12 ) partially. By the survey ( 21 ) on the perforated disc and the bolt ( 15 ), the entire controller is prevented from twisting. This initial position is also a fail-safe position of the controller. In this controller position, the cooler is constantly flowed through and prevents overheating of the motor by a faulty controller. In the de-energized basic position of the relay is by the slide the supply line ( 12 ) Only partially closed so that even a reduced flow of cooling water is present in the mixing chamber and then for cooling. If no cooling water flow can be present in unfavorable case, the fail-safe position on the drive wheel can not be achieved, but in this case then the lack of cooling water flow, z. B. by a faulty water pump, cooling water pipes, etc., the limiting element.

Die Positionsbestimmung durch einen berührungslosen Winkelmesser z. B. nach dem Hallsensorprinzip ermöglicht eine Erkennung/Detektierung der tatsächlich vorhandenen Reglerposition und kann so zur On Board Diagnose genutzt werden, das System ist so voll OBD fähig. Die Steuerung und Regelung kann direkt im Motorsteuergerät erfolgen oder durch einen externes Steuergerät.The position determination by a non-contact protractor z. B. on the Hall sensor principle allows detection / detection of the actual existing controller position and can be used for on-board diagnostics, the system is so full OBD capable. The control and regulation can be done directly in the engine control unit or by an external control unit.

Für den Regler werden im standardmäßigen Gebrauch ca. 8 Stellungen benötigt. Oftmals kommen noch einige Zwischenstellungen dazu. Eine stufenlose Regelung ist nicht erforderlich. Durch die Lochscheibe können ausreichend viele Positionen eingestellt und gehalten werden.The regulator requires about 8 positions in standard use. Often there are still some intermediate positions. Stepless control is not required. Through the perforated disc a sufficient number of positions can be set and held.

Das beschriebene Gesamtsystem Wasserrad als Antriebsrad das mit der Kraft des strömenden Kühlmittels beaufschlagt wird, Relais zur Arretierung des Reglers und gleichzeitigen verschließen/öffnen der Zufuhrleitung und Winkelsensor zur Positionsbestimmung stellt die Erfindung dar. In dieser Kombination ist diese bei einem Regler noch nicht gezeigt und stellt eine Kostenreduzierung eines Drehreglers dar. Standardmäßig kommt dies im Automotivbereich zur Anwendung.The described overall system water wheel as a drive wheel which is acted upon by the force of the flowing coolant, relays for locking the regulator and simultaneously closing / opening the supply line and angle sensor for position determination is the invention. In this combination, this is not shown in a controller and provides a cost reduction of a knob. By default, this is used in the automotive sector.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Zufuhrleitungsupply line
1111
Abzweig zum AntriebsradBranch to the drive wheel
1212
Abzweig zur MischkammerBranch to the mixing chamber
1313
Relaisrelay
1414
Schieberpusher
1515
Arm des Schiebers, BolzenArm of the slider, bolt
1616
Lochscheibeperforated disc
1717
DrehwinkelsensorRotation angle sensor
1818
Gehäusecasing
1919
Reglerregulator
2020
Antriebsraddrive wheel
2121
Erhebungsurvey
2222
Mischkammermixing chamber

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19849492 A1 [0003] DE 19849492 A1 [0003]
  • DE 102008047187 A1 [0004] DE 102008047187 A1 [0004]

Claims (5)

Drehventil für Kühlwasserkreislaufregelung an Motoren dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens über einen hydraulischen Antrieb verfügt.Rotary valve for cooling water circulation control of engines, characterized in that it has at least one hydraulic drive. Drehventil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet daß es wenigstens eine elektrische Regelung hat. In einer weiteren erfindungsgemäßen Variante ist:Rotary valve according to claim 1, characterized in that it has at least one electrical control. In a further variant according to the invention: zwischen Antriebsrad und Drehventil ein Getriebe eingebaut Um die Strömungsverluste in der Mischkammer an den Übergängen wie Öffnungen und Dichtungen zu verringern, kann es notwendig sein Dichtungen z. B. Elastomerdichtungen einzubringen. Durch die Reibung erfordern diese ein höheres Drehmoment zum verdrehen des Reglers. Ja nach vorhandenem Druck im Kühlsystem, der von der Wasserpumpe erzeugt wird, kann durch das Antriebsrad das Drehmoment nicht aufgebracht werden. Ein einfaches Getriebe (z. B. Planetenradgetriebe) zwischen Antriebsrad und Regler setzt das Antriebsmoment des Antriebsrades in das erforderliche Drehmoment des Reglers um.between the drive wheel and rotary valve, a transmission installed To reduce the flow losses in the mixing chamber at the junctions such as openings and seals, it may be necessary seals such. B. introduce elastomer seals. Due to the friction, these require a higher torque to turn the regulator. Yes, after the existing pressure in the cooling system, which is generated by the water pump, the torque can not be applied by the drive wheel. A simple transmission (eg planetary gear) between the drive wheel and the controller converts the drive torque of the drive wheel into the required torque of the controller. ein zweites Antriebsrad in entgegengesetzter Drehrichtung eingebaut Um die Schaltzeiten zu verkürzen und die Leckage zu verringern, kann das Antriebsrad auch zweifach ausgeführt sein. Durch die Anordnung der Schaufeln links oder rechtsdrehend. Die Ansteuerung welches Rad mit der Kühlflüssigkeit beaufschlagt wird, erfolgt wiederum mit dem Relais/Schieber Kombination aber diesmal in einer aufwändigeren Ausführung mit mehreren Stellungen.a second drive wheel installed in the opposite direction To shorten the switching times and reduce the leakage, the drive wheel can also be made twice. Due to the arrangement of the blades left or right turn. The control which wheel is supplied with the cooling liquid, in turn, with the relay / slider combination but this time in a more complex design with multiple positions. das Entfernen des Schiebers möglich. Durch die geschickte Gestaltung und Abstimmung der Durchmesser und Anschlusswinkel an den Zufuhrleitungen die sich in (11 und 12) aufteilen ist ein Entfall des Schiebers möglich. Der Einsatz einer Venturi Düse kann ebenso dazu beitragen.the removal of the slide possible. Through the clever design and coordination of the diameters and connection angles on the supply lines located in ( 11 and 12 ) Splitting the slide is possible. The use of a Venturi nozzle can also contribute to this.
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