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Die Erfindung ist insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen geeignet und geht aus von einer Ventilvorrichtung für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und einem Verfahren zum Steuern eines Kühlmittelstroms einer einen Motorblock und einen Zylinderkopf aufweisenden Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 13.
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Es ist bekannt, beispielsweise aus der
DE 10 2009 020 186 B4 , im Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine ein Drehschieberventil und in Parallelschaltung zum Drehschieberventil ein Bypassventil anzuordnen, über welches der Kühlmittelstrom an dem Drehschieberventil vorbeigeführt werden kann. Das Drehschieberventil und das Bypassventil werden unabhängig voneinander betätigt, um den Kühlmittelstrom zu steuern. Das Drehschieberventil wird auch als „Drehsteller” oder „electric coolant control valve (ECCV)” bezeichnet und enthält einen drehbar in einer Drehschieberkammer angeordneten Drehschieber, welcher zum Steuern des Kühlmittelstroms von einem elektrischen Antrieb verdreht werden kann. Das Bypassventil wird insbesondere dann geöffnet, wenn der vom Drehschieberventil gesteuerte Kühlmittelstrom aufgrund einer Fehlfunktion des Drehschieberventils nicht mehr zur ordnungsgemäßen Kühlung der Brennkraftmaschine ausreicht. Am Drehschieberventil können je nach Anforderung weitere Anschlüsse vorgesehen sein, beispielsweise zur Beheizung eines Fahrzeuginnenraums, eines Abgasrückführventils oder eines Getriebeöls. Das Drehschieberventil ist deshalb eine aufwendige und komplexe Baugruppe.
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Des Weiteren ist aus der Praxis bekannt, den Kühlmittelstrom wenigstens im Bereich des Zylinderkopfes und des Motorblocks getrennt zu führen, um die unterschiedliche Erwärmung von Zylinderkopf und Motorblock im Betrieb der Brennkraftmaschine zu kompensieren. Aus der
DE 10 2004 047 452 A1 und der
DE 10 2010 010 594 A1 ist ein derartiges Kühlsystem eines Verbrennungsmotors mit einem ersten Kühlkreislauf eines Zylinderkopfes und einem zweiten Kühlkreislauf eines Motorblocks bekannt. Die beiden Kühlkreisläufe sind miteinander verbunden und in dem Kühlkreislauf des Motorblocks ist ein Absperrventil vorgesehen, um diesen Kühlkreislauf zu sperren und dadurch den Kühlmittelstrom zwischen Zylinderkopf und Motorblock aufzuteilen.
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Aus der
US 2013/0160723 A1 ist ein Kühlsystem für einen Motor bekannt, in welchem zwei miteinander verbundene Kühlkreisläufe für einen Motorblock und einen Zylinderkopf vorgesehen sind. Die beiden Kühlkreisläufe sind parallel geschaltet und enthalten jeweils separat betätigbare Ventile, um die Kühlmittelströme zu steuern und im Anschluss an den Motor durch mehrere Wärmetauscher und einen Kühler zu lenken.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilvorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern und ein verbessertes Verfahren zum Steuern eines Kühlmittelstroms einer Brennkraftmaschine zu schaffen.
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Die Aufgabe wird durch eine Ventilvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 bzw. 14 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine enthält einen Motorblockanschluss für eine mit einem Motorblock der Brennkraftmaschine in Verbindung stehende Kühlmittelleitung, insbesondere eine von dem Motorblock kommende Kühlmittelleitung, sowie einen Zylinderkopfanschluss für eine mit einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine in Verbindung stehende Kühlmittelleitung, insbesondere eine von dem Zylinderkopf kommende Kühlmittelleitung. Der Motorblockanschluss und der Zylinderkopfanschluss können durch einen gemeinsamen Flansch gebildet werden, welcher einen Einlass für die Motorblock-Kühlmittelleitung und einen Einlass für die Zylinderkopf-Kühlmittelleitung enthalten kann. Die Ventilvorrichtung kann über den gemeinsamen Flansch an dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine befestigt werden. Die mit dem Motorblock in Verbindung stehende Kühlmittelleitung kann innerhalb der Brennkraftmaschine durch entsprechende Kanäle gebildet werden, welche bis zu dem am Zylinderkopf befindlichen Motorblockanschluss führen. Die Ventilvorrichtung enthält ferner einen Kühleranschluss für eine mit einem Kühler in Verbindung stehende Kühlmittelleitung, insbesondere eine zu dem Kühler führende Kühlmittelleitung. Der in dem Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine angeordnete Kühler dient dazu, die von dem Kühlmittelstrom in der Brennkraftmaschine aufgenommene Wärme an die Umgebungsluft abzugeben, und kann auch als „Wärmetauscher” oder „Radiator” bezeichnet werden.
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Die Ventilvorrichtung enthält eine zwischen dem Zylinderkopfanschluss und dem Kühleranschluss verlaufende Hauptleitung, insbesondere eine vom Zylinderkopfanschluss zum Kühleranschluss führende Hauptleitung. In der Hauptleitung ist ein Drehschieberventil angeordnet, so dass mit dem Drehschieberventil ein durch die Hauptleitung fließender Kühlmittelstrom steuerbar ist. Die Hauptleitung kann mit dem Drehschieberventil verschließbar sein. Das Drehschieberventil kann eine Drehschieberkammer enthalten, in welcher ein Drehschieber angeordnet ist. Der Drehschieber kann eine zylindrische Wandung aufweisen, in welcher wenigstens eine fensterartige Durchgangsöffnung angeordnet sein kann. Der Drehschieber kann durch wenigstens eine an seiner zylindrischen Wandung anliegende Dichtung zur Drehschieberkammer abgedichtet sein. Der Drehschieber kann mit einem, insbesondere elektrischen, Antrieb gekoppelt sein, welcher von einem Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine ansteuerbar sein kann. Die Ventilvorrichtung kann weitere mit dem Drehschieberventil in Verbindung stehende Anschlüsse für weitere Kühlmittelleitungen aufweisen, welche zu weiteren Wärmetauschern, beispielsweise zur Beheizung eines Fahrzeuginnenraums, eines Abgasrückführventils oder von Getriebeöl dienen. Die zusätzlichen Anschlüsse können bei entsprechender Stellung des Drehschiebers mit Kühlmittel versorgt werden, welches durch das Drehschieberventil von dem durch die Ventilvorrichtung fließenden Kühlmittelstrom abgezweigt wird.
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Die Ventilvorrichtung enthält eine Bypassleitung, welche zwischen dem Zylinderkopfanschluss und dem Kühleranschluss an dem Drehschieberventil vorbeiführt und welche insbesondere bei einem die Hauptleitung blockierenden Drehschieberventil einen alternativen Strömungspfad für das Kühlmittel von dem Zylinderkopfanschluss zu dem Kühleranschluss ermöglichen kann. In der Bypassleitung ist ein Bypassventil angeordnet, mit welchem die Bypassleitung verschließbar und der durch die Bypassleitung fließende Kühlmittelstrom steuerbar ist. Das Drehschieberventil und das Bypassventil sind folglich in Parallelschaltung zwischen dem Zylinderkopfanschluss und dem Kühleranschluss angeordnet. Dabei ist nicht zwingend, dass der durch die Bypassleitung am Drehschieberventil vorbeigeführte Kühlmittelstrom das Drehschieberventil weiträumig und ohne jeglichen Kontakt umgeht. Vielmehr kann, insbesondere um wertvollen Bauraum zu sparen, vorgesehen sein, dass der durch die Bypassleitung am Drehschieberventil vorbeigeführte Kühlmittelstrom gewisse Teile des Drehschieberventils durchströmt, und zwar insbesondere solche Teile, welche selbst bei einer durch eine Störung des Drehschieberventils blockierten Hauptleitung den alternativen Strömungspfad durch die Bypassleitung freilassen. Dies kann beispielsweise ein Teil der Drehschieberkammer und/oder ein nicht absperrbarer Spalt zwischen dem Drehschieber und der Drehschieberkammer sein.
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Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung weist ferner eine zwischen dem Motorblockanschluss und dem Drehschieberventil verlaufende Leitung, insbesondere eine vom Motorblockanschluss zum Drehschieberventil führende Leitung, auf, welche mit der Hauptleitung in Verbindung steht und in welcher ein Ventil zum Steuern eines durch den Motorblockanschluss fließenden Kühlmittelstroms angeordnet ist, welches auch den zwischen dem Motorblockanschluss und dem Drehschieberventil fließenden Kühlmittelstrom steuern kann. Dieses Ventil steuert im Betrieb den durch den Motorblock fließenden Kühlmittelstrom. Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung kann je nach Einsatzfall während des Betriebs in unterschiedlichen Strömungsrichtungen durchströmt werden, beispielsweise kann der Kühlmittelstrom über den Zylinderkopfanschluss und den Motorblockanschluss in die Ventilvorrichtung eintreten und über den Kühleranschluss austreten. Eine umgekehrte Strömungsrichtung ist auch möglich. Je nach der im jeweiligen Ausführungsbeispiel vorgesehenen Strömungsrichtung in der Ventilvorrichtung wird das „Ventil zum Steuern des durch den Motorblock bzw. Motorblockanschluss fließenden Kühlmittelstroms” auch als „Ventil zum Steuern des vom Motorblock kommenden Kühlmittelstroms” oder als „Ventil zum Steuern des zum Motorblock fließenden Kühlmittelstroms” bezeichnet.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Kühlmittelstrom über einen Kühler und über eine Parallelschaltung eines Drehschieberventils und eines Bypassventils geführt, wobei das Drehschieberventil und das Bypassventil unabhängig voneinander betätigt werden, um den Kühlmittelstrom zu steuern. Ein vom Motorblock kommender Kühlmittelstrom kann über ein Ventil zum Steuern des vom Motorblock kommenden Kühlmittelstroms geleitet, mit diesem gesteuert und anschließend mit einem vom Zylinderkopf kommenden Kühlmittelstrom zusammengeführt werden. Anschließend kann der zusammengeführte Kühlmittelstrom über die Parallelschaltung zu dem Kühler geführt werden. Alternativ – bei umgekehrter Strömungsrichtung im Kühlkreislauf – kann ein vom Kühler kommender Kühlmittelstrom über die Parallelschaltung geführt und anschließend in einen zum Zylinderkopf fließenden Kühlmittelstrom und einen zum Motorblock fließenden Kühlmittelstrom aufgeteilt werden. Anschließend kann der zum Motorblock fließende Kühlmittelstrom über ein Ventil zum Steuern des zum Motorblock fließenden Kühlmittelstroms geleitet und mit diesem gesteuert werden. Das Drehschieberventil kann den Kühlmittelstrom im Regelbetrieb der Brennkraftmaschine steuern. Insbesondere wenn die Temperatur des Kühlmittels eine für den Betrieb der Brennkraftmaschine kritische Grenztemperatur erreicht, kann das Bypassventil einen alternativen Strömungspfad eröffnen, der zu dem Kühler und/oder einer im Kühlkreislauf enthaltenen Kühlmittelförderpumpe führt.
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Die Ventilvorrichtung weist eine gemeinsame Betätigungseinrichtung für das Bypassventil und das Ventil zum Steuern des durch den Motorblockanschluss fließenden Kühlmittelstroms auf. Das Bypassventil und das Ventil zum Steuern des durch den Motorblock fließenden Kühlmittelstroms werden nacheinander mittels der gemeinsamen Betätigungseinrichtung geöffnet, wobei die gemeinsame Betätigungseinrichtung zunächst das Ventil zum Steuern des durch den Motorblock fließenden Kühlmittelstroms öffnet, während das Bypassventil noch geschlossen bleibt und anschließend auch das Bypassventil öffnet.
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Ein Abschnitt der Bypassleitung und ein Abschnitt der zwischen dem Motorblockanschluss und dem Drehschieberventil verlaufenden Leitung wird von einem gemeinsamen Leitungsabschnitt, insbesondere einem gemeinsamen Kanal im Gehäuse, gebildet. Der gemeinsame Leitungsabschnitt kann je nach Betriebszustand der Ventilvorrichtung, insbesondere je nach Stellung des Bypassventils, in entgegengesetzten Richtungen durchströmbar sein. Über den gemeinsamen Leitungsabschnitt kann die gemeinsame Ventilkammer mit der Drehschieberkammer in Verbindung stehen. Bei geschlossenem Bypassventil, beispielsweise im Normalbetrieb, kann der gemeinsame Leitungsabschnitt in Richtung von der gemeinsamen Ventilkammer zu der Drehschieberkammer durchströmt werden, nämlich mit dem vom Motorblock kommenden Kühlmittelstrom. Wenn das Bypassventil geöffnet ist, beispielsweise im Notbetrieb, kann der gemeinsame Leitungsabschnitt in Richtung von der Drehschieberkammer zu der gemeinsamen Ventilkammer durchströmt werden, nämlich mit einem vom Zylinderkopf kommenden Kühlmittelstrom.
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Die Erfindung hat wesentliche Vorteile:
- • Der durch den Motorblock fließende Kühlmittelstrom kann separat und unabhängig von dem durch den Zylinderkopf fließenden Kühlmittelstrom gesteuert oder geregelt werden. Hierdurch kann insbesondere in der Aufwärmphase der Brennkraftmaschine die mit dem Motorblock in Verbindung stehende Kühlmittelleitung verschlossen und der durch den Motorblock fließende Kühlmittelstrom blockiert werden. Während der Warmlaufphase erwärmt sich der Zylinderkopf schneller als der Motorblock und diese Wärme kann durch die Abschaltung des durch den Motorblock fließenden Kühlmittelstroms besser genutzt werden, beispielsweise zur Beheizung eines Fahrzeuginnenraums oder eines Abgasrückführventils.
- • Durch die Erfindung wird das ohnehin aufwendige und komplizierte Drehschieberventil von einer Steueraufgabe entlastet, so dass der dort zur Verfügung stehende Bauraum für andere Steueraufgaben genutzt oder das Drehschieberventil verkleinert werden kann.
- • Das Ventil zum Steuern des durch den Motorblockanschluss fließenden Kühlmittelstroms kann sehr einfach und platzsparend ausgebildet sein, beispielsweise in Form eines Tellerventils, welches sich platzsparend in ein Gehäuse der Ventilvorrichtung integrieren lässt. Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung ist – auch wenn neben Drehschieberventil und Bypassventil ein zusätzliches Ventil benötigt wird – bei verbesserter Funktionalität insgesamt weniger aufwendig und benötigt weniger Bauraum und Gewicht.
- • Die gemeinsame Betätigungseinrichtung ermöglicht eine besonders kompakte und bauraumsparende Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung.
- • Bei einer Störung des Drehschieberventils kann sowohl der durch den Zylinderkopf als auch der durch den Motorblock strömende Kühlmittelstrom über das Bypassventil am Drehschieber vorbeigeleitet werden, so dass insbesondere in einem Notbetrieb eine bessere Kühlung der Brennkraftmaschine gewährleistet werden kann.
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In Ausgestaltung der Erfindung kann die Ventilvorrichtung ein Gehäuse mit zumindest einem Kanal aufweisen, welcher einen Abschnitt der Hauptleitung, der Bypassleitung und/oder der zwischen dem Motorblockanschluss und dem Drehschieberventil verlaufenden Leitung bildet. Das Drehschieberventil kann einen drehbar in einer Drehschieberkammer des Gehäuses angeordneten Drehschieber aufweisen. Die Hauptleitung kann einen zwischen dem Zylinderkopfanschluss und der Drehschieberkammer verlaufenden Kanal und einen zwischen der Drehschieberkammer und dem Kühleranschluss verlaufenden Kanal, insbesondere einen vom Zylinderkopfanschluss zu der Drehschieberkammer führenden Kanal und einen von der Drehschieberkammer zum Kühleranschluss führenden Kanal, umfassen, so dass durch Verdrehen des Drehschiebers ein zwischen dem Zylinderkopfanschluss und dem Kühleranschluss fließender Kühlmittelstrom steuerbar ist. Die zwischen dem Motorblockanschluss und dem Drehschieberventil verlaufende Leitung kann zwischen dem Zylinderkopfanschluss und der Drehschieberkammer in die Hauptleitung münden. Hierbei wird der vom Zylinderkopf kommende Kühlmittelstrom vor Erreichen der Drehschieberkammer mit dem vom Motorblock kommenden Kühlmittelstrom zusammengeführt und der zusammengeführte Kühlmittelstrom kann über einen gemeinsamen Einlass in die Drehschieberkammer geführt werden. Alternativ kann die zwischen dem Motorblockanschluss und dem Drehschieberventil verlaufende Leitung auch in die Drehschieberkammer münden und über die Drehschieberkammer mit der Hauptleitung, insbesondere dem zwischen dem Zylinderkopfanschluss und der Drehschieberkammer verlaufenden Kanal, in Verbindung stehen. Der vom Motorblock kommende Kühlmittelstrom kann hierbei in der Drehschieberkammer mit dem vom Zylinderkopf kommenden Kühlmittelstrom zusammengeführt werden. Die Bypassleitung kann einerseits mit dem zwischen der Drehschieberkammer und dem Kühleranschluss verlaufenden Kanal und andererseits über die Drehschieberkammer mit dem zwischen dem Zylinderkopfanschluss und der Drehschieberkammer verlaufenden Kanal in Verbindung stehen.
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In weiterer Ausgestaltung können das Bypassventil und das Ventil zum Steuern des durch den Motorblockanschluss fließenden Kühlmittelstroms jeweils einen Schließkörper aufweisen und eine Ruhestellung haben, in welcher jeder der Schließkörper die jeweilige Leitung verschließt. Die gemeinsame Betätigungseinrichtung kann derart mit den beiden Schließkörpern gekoppelt sein, dass sich, wenn die gemeinsame Betätigungseinrichtung ausgehend von der Ruhestellung betätigt wird, zuerst das Ventil zum Steuern des durch den Motorblockanschluss fließenden Kühlmittelstroms öffnet, während das Bypassventil noch geschlossen bleibt, und dass sich, wenn die gemeinsame Betätigungseinrichtung weiter betätigt wird, auch das Bypassventil öffnet. Die gemeinsame Betätigungseinrichtung kann eine mechanische Zwangssteuerung der beiden Schließkörper bilden. Die gemeinsame Betätigungseinrichtung kann anhand der Temperatur des Kühlmittels oder des im Kühlkreislauf vorhandenen Druckes gesteuert, insbesondere geregelt, werden. Die gemeinsame Betätigungseinrichtung kann einen Thermostaten enthalten, welcher die Temperatur des in der Ventilvorrichtung strömenden Kühlmittels erfasst und den Betätigungsweg der gemeinsamen Betätigungseinrichtung bei steigender Kühlmitteltemperatur vergrößert. Der Öffnungsgrad des Ventils zum Steuern des durch den Motorblockanschluss fließenden Kühlmittelstroms sowie des Bypassventils lässt sich dadurch in Form eines geschlossenen Regelkreises regeln. Der Thermostat kann ein Thermostatgehäuse mit einem Innenraum und einem in den Innenraum ragenden Stößel enthalten, wobei der Innenraum mit einer Mischung aus wenigstens zwei Substanzen gefüllt ist, welche sich bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedlich stark ausdehnen, beispielsweise zwei unterschiedliche Wachse. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die gemeinsame Betätigungseinrichtung von der Motorsteuerung ansteuerbar ist, beispielsweise indem der Thermostat elektrisch beheizbar ist. Das Bypassventil und das Ventil zum Steuern des durch den Motorblockanschluss fließenden Kühlmittelstroms können eine gemeinsame Ventilkammer aufweisen. Die gemeinsame Betätigungseinrichtung, insbesondere das Thermostatgehäuse, kann in die gemeinsame Ventilkammer hineinragen.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Kühlkreislaufs einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung,
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2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung mit einem Drehschieberventil, einem Bypassventil und einem Ventil zum Steuern eines durch den Motorblock fließenden Kühlmittelstroms, wobei das Bypassventil und das Ventil zum Steuern des durch den Motorblock fließenden Kühlmittelstroms geschlossen sind,
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3 die Ventilvorrichtung gemäß 2, bei welcher das Bypassventil geschlossen und das Ventil zum Steuern des durch den Motorblock fließenden Kühlmittelstroms geöffnet ist,
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4 die Ventilvorrichtung gemäß 2, bei welcher das Bypassventil und das Ventil zum Steuern des durch den Motorblock fließenden Kühlmittelstroms geöffnet sind.
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In 1 ist schematisch ein Kühlkreislauf 1 einer Brennkraftmaschine 2 dargestellt. Die Brennkraftmaschine 2 enthält in an sich bekannter Weise einen Motorblock 3 und einen Zylinderkopf 4. Der Kühlkreislauf 1 enthält ferner einen Kühler 5 und eine Ventilvorrichtung 7. Das Kühlmittel wird im Kühlkreislauf 1 von einer nicht dargestellten, aber an sich bekannten Kühlmittelförderpumpe zirkuliert und transportiert die in der Brennkraftmaschine 2 entstehende Wärme zu dem Kühler 5, welcher sie an die Umgebungsluft abgibt. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Strömungsrichtung von der Brennkraftmaschine 2 über die Ventilvorrichtung 7 zum Kühler 5 und wieder zurück zur Brennkraftmaschine 2. Je nach Anwendungsfall kann die Strömungsrichtung jedoch auch umgekehrt gewählt werden. In an sich bekannter Weise wird der Kühlmittelstrom im Motorblock 3 und im Zylinderkopf 4 getrennt geführt, wobei der durch den Motorblock 3 fließende Kühlmittelstrom über eine Kühlmittelleitung 31 und der durch den Zylinderkopf 4 fließende Kühlmittelstrom über eine Kühlmittelleitung 41 zur Ventilvorrichtung 7 geleitet wird. In noch näher zu beschreibender Weise werden die beiden Kühlmittelströme in der Ventilvorrichtung 7 zusammengeführt und als zusammengeführter Kühlmittelstrom über die Kühlmittelleitung 51 zu dem Kühler 5 geführt. Vom Kühler 5 kann das Kühlmittel über eine Kühlmittelleitung 8 wieder zur Brennkraftmaschine 2 zurückgeführt werden, so dass der Kühlkreislauf geschlossen ist. Die Ventilvorrichtung 7 enthält einen Motorblockanschluss 32 für die vom Motorblock kommende Kühlmittelleitung 31, einen Zylinderkopfanschluss 42 für die vom Zylinderkopf 4 kommende Kühlmittelleitung 41 und einen Kühleranschluss 52 für die vom Kühler 5 kommende Kühlmittelleitung 51. In der Ventilvorrichtung 7 ist eine Abschnitte 10, 11 enthaltende Hauptleitung angeordnet, welche zwischen dem Zylinderkopfanschluss 42 und dem Kühleranschluss 52 verläuft. In der Hauptleitung 10, 11 ist ein Drehschieberventil 12 angeordnet, so dass mit dem Drehschieberventil 12 ein durch die Hauptleitung 10, 11 fließender Kühlmittelstrom steuerbar ist. In Parallelschaltung zum Drehschieberventil 12 ist in der Ventilvorrichtung 7 ein Bypassventil 14 angeordnet. Das Bypassventil 14 ist in einer die Abschnitte 16, 17, 18 enthaltenden Bypassleitung angeordnet. Die Bypassleitung 16, 17, 18 verläuft an dem Drehschieberventil 12 vorbei zwischen dem Zylinderkopfanschluss 42 und dem Kühleranschluss 52 und zweigt an Verbindungsstellen 20 und 21 von den Hauptleitungsabschnitten 10 bzw. 11 ab. Mit dem Bypassventil 14 ist die Bypassleitung verschließbar und der durch die Bypassleitungsabschnitte 17, 18 fließende Kühlmittelstrom steuerbar.
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Die Ventilvorrichtung 7 weist eine zwischen dem Motorblockanschluss 32 und dem Drehschieberventil 12 verlaufende Leitung auf, welche die Leitungsabschnitte 22, 23, 16 enthält, welche mit der Hauptleitung 10 in Verbindung steht und in welcher ein Ventil 24 zum Steuern eines durch den Motorblock 3 und den Motorblockanschluss 32 fließenden Kühlmittelstroms angeordnet ist. Die Bypassleitung 16, 17, 18 und die zwischen dem Motorblockanschluss 32 und dem Drehschieberventil 12 verlaufende Leitung 22, 23, 16 haben einen gemeinsamen Leitungsabschnitt 16, von welchem an einer Verbindungsstelle 26 die Abschnitte 17 und 23 abzweigen. Das Drehschieberventil 12 kann in an sich bekannter Weise aufgebaut sein und eine Drehschieberkammer 60 und einen Drehschieber 62 aufweisen, welcher drehbar in der Drehschieberkammer 60 angeordnet ist und eine topfförmige, zylindrische Gestalt aufweist. Die Drehschieberkammer 60 bildet einen Abschnitt der Hauptleitung. Der Drehschieber 62 ist mit einer elektrischen Antriebseinrichtung 64 gekoppelt. Der Drehschieber 62 weist in seiner zylindrischen Wandung 66 zumindest eine fensterartige Durchgangsöffnung 67 auf. In einem Bereich, in welchem der Hauptleitungsabschnitt 11 in die Drehschieberkammer 60 mündet, ist eine Dichtung 68 angeordnet, welche die Mündung der Hauptleitung 11 umgibt und die Wandung 66 des Drehschiebers 62 gegenüber der Drehschieberkammer 60 abdichtet, so dass über den Hauptleitungsabschnitt 10 in die Drehschieberkammer 60 eintretendes Kühlmittel nicht über einen zwischen der Wandung 66 und der Drehschieberkammer 60 vorgesehenen Spalt 70 in den Hauptleitungsabschnitt 11 strömen kann. In der in 1 dargestellten Position des Drehschiebers 62 ist der Kühlmittelstrom von dem Drehschieber 62 blockiert. Erst wenn der Drehschieber 62 von der Antriebseinrichtung 64 gedreht wird und die Durchgangsöffnung 67 dem Hauptleitungsabschnitt 11 zugewandt ist, wird vom Drehschieberventil 12 eine Kühlmittelströmung durch die Hauptleitung 10, 11 vom Zylinderkopfanschluss 42 zum Kühleranschluss 52 freigegeben. In nicht dargestellter, aber an sich bekannter Weise können am Drehschieberventil 12 weitere Leitungen angeschlossen sein, deren Zugänge mit entsprechenden Dichtungen gegenüber dem Drehschieber 62 abgedichtet sind und über entsprechende Durchgangsöffnungen (nicht dargestellt) in der Wandung 66 angesteuert werden können. Der Drehschieber 62 sperrt somit den Auslass aus der Drehschieberkammer 60 in den zum Kühleranschluss 52 führenden Hauptleitungsabschnitt 11. Anstelle der Verbindungsstelle 20 können auch die Leitungsabschnitte 10 und 16 nebeneinander in die Drehschieberkammer 60 münden und über diese miteinander in Verbindung stehen.
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Der vom Motorblock 3 kommende Kühlmittelstrom wird über das Ventil 24 geleitet, mit diesem gesteuert und anschließend mit dem vom Zylinderkopf 4 kommenden Kühlmittelstrom zusammengeführt. Der zusammengeführte Kühlmittelstrom wird über die Parallelschaltung des Drehschieberventils 12 und des Bypassventils 14 geführt, wobei das Drehschieberventil 12 und das Bypassventil 14 unabhängig voneinander betätigt werden, um den Kühlmittelstrom zu steuern. Das Zusammenführen des vom Motorblock 3 kommenden Kühlmittelstroms mit dem vom Zylinderkopf 4 kommenden Kühlmittelstrom kann je nach Schaltstellung des Drehschieberventils 12 bzw. des Bypassventils 14 an der Verbindungsstelle 20 oder 26 erfolgen.
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Anhand der 2, 3 und 4 wird ein besonders platzsparendes und kompaktes Ausführungsbeispiel einer Ventilvorrichtung 7 beschrieben, wobei gleiche Teile mit übereinstimmenden Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet sind. Die Ventilvorrichtung 7 enthält ein Gehäuse 72, welches den Motorblockanschluss 32, den Zylinderkopfanschluss 42 und den Kühleranschluss 52 aufweist. Das Gehäuse 72 enthält einen Flansch 73, welcher den Motorblockanschluss 32 und den Zylinderkopfanschluss 42 enthält. Mit dem Flansch 73 wird die Ventilvorrichtung 7 an einer entsprechenden Fläche 74 der Brennkraftmaschine 2, beispielsweise am Zylinderkopf 4, befestigt. Die Kühlmittelleitungen 31 und 41 sind im Zylinderkopf 4 als entsprechende Kanäle 31 bzw. 41 ausgebildet, wobei der mit dem Motorblock 3 in Verbindung stehende Kühlmittelkanal 31 getrennt von den übrigen Kanälen 41 im Zylinderkopf 4 bis an die entsprechende, in den 2 bis 4 dargestellte Stelle im Zylinderkopf 4 geführt ist, um den durch den Motorblock 3 fließenden Kühlmittelstrom getrennt von dem durch den Zylinderkopf 4 fließenden Kühlmittelstrom zu der Ventilvorrichtung 7 zu leiten. Der Motorblockanschluss 32 und der Zylinderkopfanschluss 42 können durch am Flansch 73 angeordnete Dichtungen 75 abgedichtet sein. Beispielsweise können die Dichtungen 75 in Nuten des Flansches 73 angeordnet sein, welchen den Motorblockanschluss 32 und den Zylinderkopfanschluss 42 umgeben. Das Gehäuse 72 enthält auch das Drehschieberventil 12, das Bypassventil 14 und das Ventil 24 zum Steuern des durch den Motorblockanschluss 32 fließenden Kühlmittelstroms. Das Gehäuse 72 enthält die Drehschieberkammer 60, in welcher der Drehschieber 62 angeordnet ist. Am Gehäuse 72 ist die Antriebseinrichtung 64 für den Drehschieber 62 angebracht. Zwischen der Wandung 66 des Drehschiebers 62 und der Innenwandung der Drehschieberkammer 60 befindet sich ein Spalt 70. Der Hauptleitungsabschnitt 10 wird durch einen zwischen dem Zylinderkopfanschluss 42 und der Drehschieberkammer 60 verlaufenden Kanal 110 gebildet. Der Hauptleitungsabschnitt 11 wird durch einen zwischen der Drehschieberkammer 60 und dem Kühleranschluss 52 verlaufenden Kanal 111 gebildet. Die Hauptleitung wird hier somit durch die Kanäle 110, 111 und die Drehschieberkammer 60 gebildet, so dass durch Verdrehen des Drehschiebers 62 der zwischen dem Zylinderkopfanschluss 42 und dem Kühleranschluss 52 fließende Kühlmittelstrom steuerbar ist. Die Leitungsabschnitte 18 und 22 werden durch Kanäle 118 und 122 im Gehäuse 72 gebildet. Das Bypassventil 14 und das Ventil 24 weisen eine gemeinsame Ventilkammer 76 auf, welche bei der in den 2 bis 4 dargestellten Ventilvorrichtung die zu 1 beschriebenen Leitungsabschnitte 17 und 23 sowie die Verbindungsstelle 26 in sich vereint. Der gemeinsame Leitungsabschnitt 16 wird durch einen gemeinsamen Kanal 116 im Gehäuse gebildet, welcher die gemeinsame Ventilkammer 76 mit der Drehschieberkammer 60 verbindet. Die in 1 außerhalb der Drehschieberkammer 60 vorgesehene Verbindungsstelle 20 ist somit in den 2 bis 4 in die Drehschieberkammer 60 integriert. Der Kanal 116 steht wenigstens über den Spalt 70 mit dem Kanal 110 in Verbindung. Die Bypassleitung zweigt von der Drehschieberkammer 60 ab und wird von dem Kanal 116, der Ventilkammer 76 und dem Kanal 118 gebildet. Auch wenn die Bypassleitung 116, 76, 118 unmittelbar von der Drehschieberkammer 60 abzweigt, wird sie im Sinne der Erfindung als „an dem Drehschieberventil 12 vorbei verlaufend” und wird das Bypassventil 14 als „in Parallelschaltung zum Drehschieberventil 12 angeordnet” angesehen, weil die Mündung des Kanals 116 stets über den Spalt 70 mit dem Zylinderkopfanschluss 42 in Verbindung steht und weil auch der Drehschieber 62 in keiner seiner Stellungen den Zugang zum Kanal 116 absperren kann.
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Das Bypassventil 14 und das Ventil 24 sind jeweils als Tellerventil mit einem tellerförmigen Schließkörper 80, 81 und einem Ventilsitz 82, 83 ausgebildet. Die Schließkörper 80, 81 haben jeweils eine Ruhestellung, siehe 1, in welcher jeder der Schließkörper 80, 82 an seinem Ventilsitz 82, 83 anliegt und den jeweiligen Kanal 122, 118 verschließt. Jedem der Schließkörper 80, 81 ist eine Feder 84, 85 zugeordnet, um die Schließkörper 80, 81 in ihre jeweilige Ruhestellung zurückzustellen. Die Ventilvorrichtung 7 weist eine gemeinsame Betätigungseinrichtung 90 für das Bypassventil 14 und das Ventil 24 auf. Die gemeinsame Betätigungseinrichtung 90 umfasst einen Thermostaten, welcher ein Thermostatgehäuse 91 aufweist, in welchem sich in an sich bekannter und nicht dargestellter Weise ein mit einer Wachsmischung gefüllter Hohlraum befindet, in welchen ein Stößel 92 hineinragt. Das aus dem Thermostatgehäuse 91 herausragende Ende des Stößels 92 ist im Gehäuse 72 der Ventilvorrichtung 7 fixiert. Das Thermostatgehäuse 91 ist mit einer Wachsmischung aus wenigstens zwei Wachsen gefüllt, welche sich bei unterschiedlichen Temperaturen stark ausdehnen. Ein erstes Wachs kann sich beispielsweise bei 72°C stark ausdehnen und das zweite Wachs beispielsweise bei 100°C. Die genannten Grenztemperaturen sind lediglich beispielhaft und können je nach Anwendungsfall variiert werden. Die gemeinsame Betätigungseinrichtung 90 ragt in die gemeinsame Ventilkammer 76 hinein, nämlich mit ihrem Thermostatgehäuse 91. Der Schließkörper 80 ist an dem Thermostatgehäuse 91 fixiert. Der Schließkörper 81 ist um einen gewissen Weg verschiebbar auf dem Thermostatgehäuse 91 angeordnet. Dadurch öffnet sich das Ventil 24 bei der ersten Grenztemperatur (z. B. 72°C) und das Bypassventil 14 bei der zweiten Grenztemperatur (z. B. 100°C).
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In nicht dargestellter Ausgestaltung kann in dem Innenraum des Thermostatgehäuses 91 ein elektrisch betreibbares Heizelement angeordnet sein, welches beispielsweise von einem Motorsteuergerät ansteuerbar ist. Das Heizelement kann beispielsweise durch eine um den Stößel gewickelte Heizspule gebildet werden. Hierdurch lässt sich das Regelverhalten der gemeinsamen Betätigungseinrichtung 90 beeinflussen, so dass sich das Ventil 24 und gegebenenfalls auch das Bypassventil 14 bereits vorzeitig öffnen lässt, bevor das Kühlmittel die jeweilige Grenztemperatur erreicht, bei welcher das Ventil 24 bzw. das Bypassventil 14 eigentlich öffnen würde. In weiterer nicht dargestellter Ausgestaltung kann der Betätigungseinrichtung 20 auch ein Positionssensor zugeordnet sein, um deren Hub zu erfassen und zu überwachen.
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Zur Verdeutlichung der Funktionsweise der Ventilvorrichtung 7 wird im Folgenden ihre Arbeitsweise nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 2 beschrieben. Das Kühlmittel ist noch kalt und das Bypassventil 14 sowie das Ventil 24 sind geschlossen und die beiden Schließkörper 80, 81 befinden sich in ihrer Ruhestellung. Das Ventil 24 blockiert den vom Motorblock 3 kommenden Kühlmittelstrom, so dass dieser nicht von Kühlmittel durchflossen wird. Dieser Zustand ist in den 1 und 2 dargestellt. Der vom Zylinderkopf 4 kommende Kühlmittelstrom wird durch das Drehschieberventil 12 gesteuert und kann beispielsweise zunächst nicht zum Kühleranschluss 52, sondern in eine nicht dargestellte, zu einem für die Fahrzeuginnenraumheizung dienenden Wärmetauscher geleitet werden. Bei allmählich ansteigender Temperatur des vom Zylinderkopf 4 kommenden Kühlmittelstroms wird dann der Drehschieber 62 in eine Position gedreht, in welcher zumindest ein Teil des vom Zylinderkopf 4 kommenden Kühlmittelstroms durch die Durchgangsöffnung 67 zum Kühleranschluss 52 und von dort weiter durch den Kühler 5 fließt. Erwärmt sich das Kühlmittel weiter und übersteigt die erste Grenztemperatur von z. B. 72°C, dehnt sich das erste Wachs der im Thermostatgehäuse 91 enthaltenen Wachsmischung stark aus und schiebt den Stößel 92 aus dem Thermostatgehäuse 91 heraus. Da der Stößel 92 am Gehäuse 72 fixiert ist, schiebt sich das Thermostatgehäuse 91 in die Ventilkammer 76 (in der Darstellung der 2 nach unten) und erreicht die in 3 dargestellte Position. Dabei nimmt die Betätigungseinrichtung 90 den auf dem Thermostatgehäuse 91 fixierten Schließkörper 80 mit und das Ventil 24 öffnet sich. Da der Schließkörper 81 auf dem Thermostatgehäuse 91 beweglich ist, verbleibt dieser in seiner Ruhestellung und das Bypassventil 14 bleibt noch geschlossen, siehe 3. Durch das geöffnete Ventil 24 strömt nun ein vom Motorblock 3 kommender Kühlmittelstrom über den Kanal 122 in die gemeinsame Ventilkammer 76 und von dort weiter über den gemeinsamen Kanal 116 in die Drehschieberkammer 60. Dort wird er mit dem vom Zylinderkopf 4 kommenden Kühlmittelstrom zusammengeführt. Der zusammengeführte Kühlmittelstrom wird von dem Drehschieberventil 12 in der gewünschten Weise verteilt, indem der Drehschieber 62 in eine entsprechende Position gedreht wird. Die Brennkraftmaschine 2 befindet sich nun im Normalbetrieb. Die Betätigungseinrichtung 90 regelt temperaturabhängig den durch den Motorblock 3 fließenden Anteil des Kühlmittelstroms.
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Sollte sich die Temperatur des Kühlmittels weiter erhöhen und die zweite Grenztemperatur von z. B. 100°C übersteigen, wird die Betätigungseinrichtung 90 weiter betätigt, indem sich das zweite Wachs der im Thermostatgehäuse 91 enthaltenen Wachsmischung stark ausdehnt und den Stößel 92 weiter aus dem Thermostatgehäuse 91 herausschiebt. Das Thermostatgehäuse 91 schiebt sich in der Darstellung der 3 weiter nach unten und nimmt dabei nun auch den Schließkörper 81 mit, so dass sich durch das weitere Betätigen der gemeinsamen Betätigungseinrichtung 90 nun auch das Bypassventil 14 öffnet. Dieser in 4 dargestellte Zustand kann beispielsweise eintreten, wenn an dem Drehschieberventil 12 eine Störung auftritt, so dass kein ausreichender Durchfluss von der Drehschieberkammer 60 zum Kühleranschluss 52 mehr gewährleistet ist. Bei dem in 4 dargestellten Zustand fließt ein vom Zylinderkopf 4 kommender Kühlmittelstrom über den Zylinderkopfanschluss 42, den Kanal 110, die Drehschieberkammer 60 und den gemeinsamen Kanal 116 in die gemeinsame Ventilkammer 76. Ein vom Motorblock 3 kommender Kühlmittelstrom fließt über den Motorblockanschluss 32 und den Kanal 122 in die gemeinsame Ventilkammer 76 und wird dort mit dem vom Zylinderkopf 4 kommenden Kühlmittelstrom zusammengeführt. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt dieses Zusammenführen bei geöffneten Ventilen 24 und 14 an der Verbindungsstelle 26. Der zusammengeführte Kühlmittelstrom wird durch das geöffnete Bypassventil 14 in den Kanal 118 (3) bzw. in den Leitungsabschnitt 18 (1) geleitet und fließt von dort weiter über den Kühleranschluss 52 zum Kühler 5. So kann insbesondere ein Notbetrieb der Brennkraftmaschine 2 sichergestellt werden, wenn das Drehschieberventil 12 den Durchfluss durch die Hauptleitung blockiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühlkreislauf
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- Motorblock
- 4
- Zylinderkopf
- 5
- Kühler
- 7
- Ventilvorrichtung
- 8
- Kühlmittelleitung
- 10
- Hauptleitungsabschnitt
- 11
- Hauptleitungsabschnitt
- 12
- Drehschieberventil
- 14
- Bypassventil
- 16
- Leitungsabschnitt
- 17
- Bypassleitungsabschnitt
- 18
- Bypassleitungsabschnitt
- 20
- Verbindungsstelle
- 21
- Verbindungsstelle
- 22
- Leitungsabschnitt
- 23
- Leitungsabschnitt
- 24
- Ventil
- 26
- Verbindungsstelle
- 31
- Kühlmittelleitung
- 32
- Motorblockanschluss
- 41
- Kühlmittelleitung
- 42
- Zylinderkopfanschluss
- 51
- Kühlmittelleitung
- 52
- Kühleranschluss
- 60
- Drehschieberkammer
- 62
- Drehschieber
- 64
- Antriebseinrichtung
- 66
- Wandung
- 67
- Durchgangsöffnung
- 68
- Dichtung
- 70
- Spalt
- 72
- Gehäuse
- 73
- Flansch
- 74
- Fläche
- 75
- Dichtung
- 76
- Ventilkammer
- 80
- Schließkörper
- 81
- Schließkörper
- 82
- Ventilsitz
- 83
- Ventilsitz
- 84
- Feder
- 85
- Feder
- 90
- Betätigungseinrichtung
- 91
- Thermostatgehäuse
- 92
- Stößel
- 110
- Kanal
- 111
- Kanal
- 116
- Kanal
- 118
- Kanal
- 122
- Kanal
