DE10306094A1

DE10306094A1 - Drehventil für Einpunkt-Kühlmittelumleitung in einem Verbrennungsmotorkühlsystem

Info

Publication number: DE10306094A1
Application number: DE10306094A
Authority: DE
Inventors: Davide F Piccirilli; Leonhard Bartsch; Keith E Liederman; Matti K Vint; Joseph V Bejster; Nicholas P Harmer; Martin Green; Mathew E Haigh; Ali Jalilevand
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2002-02-11
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2003-09-18
Also published as: US6539899B1; GB0300855D0; GB2385903A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Drehventil 10, welches für Einpunktstromsteuerung des Kühlmittels im Kühlsystem eines Verbrennungsmotors sorgt. 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 20 des Drehventils 10 enthält einen Einlassanschluss oder ein Verbindungsstück 23, einen Kühlerauslassanschluss 24, einen Bypassauslassanschluss 25 und einen Heizerauslassanschluss 26. Die Einpunktstromsteuerung führt zu Vorteilen, wie kürzere Motoraufwärmzeit, geringerer Druckabfall (Verminderung des Energieverbrauchs der Pumpe), Reduzierung von Motoremissionen und Kraftstoffverbrauch, verbesserte Fahrgastraumheizleistung und längere Motorlebensdauer durch reduzierte Temperaturschocks der Motorkomponenten infolge präziserer Steuerung der Motorbetriebstemperatur.

Description

Hintergrund der Erfindung

Technisches Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Kraftfahrzeugkühlsysteme und insbesondere auf ein Multiportventil zur Steuerung des Kühlmittelstroms zu sämtlichen Kühlsystemkomponenten.

Beschreibung der einschlägigen Technik

Konventionelle Kühlsysteme für Verbrennungsmotoren enthalten einen Kühlwassermantel (d. h. Durchlässe innerhalb des Motorblocks zur Kühlmittelzirkulation), einen Kühler, einen Ventilator, einen Heizerkern, eine Wasserpumpe und diverse Schläuche und Klemmen. Außerdem enthalten sie einen Thermostat und/oder verschiedene Ventile zum Steuern des Kühlmittelstroms in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur, dem Heizbedarf des Fahrgastinnenraums und anderer Faktoren.

Wenn sich ein Verbrennungsmotor nach dem Starten in der Erwärmungsphase befindet, muss bekanntlich der Kühlmittelstrom den Kühler umgehen, damit sich das Kühlmittel und der Verbrennungsmotor schneller erwärmen. Schnellere Erwärmung führt zu reduzierten Motoremissionen, geringerem Kraftstoffverbrauch und höherer Motorleistung, da eine optimale Motorbetriebstemperatur in kürzerer Zeit, d. h. mit geringerem Zeitaufwand für Strategien zur Verringerung von Kaltstartemissionen, erreicht wird. Konventionell erfolgt das Umschalten des Kühlmittelstroms zwischen einem Bypasskreislauf und dem Kühlerkreislauf mittels Thermostat. Ein typischer Thermostat nutzt einen Wachsmotor zum Schalten eines Ventils zwischen einer Stellung, in der das gesamte Kühlmittel durch den Bypass und kein Kühlmittel zum Kühler geleitet wird, und einer anderen Stellung, in der das gesamte Kühlmittel durch den Kühler und kein Kühlmittel zum Bypass geleitet wird. Einige Thermostate können den Bypassstrom allmählich sperren, während die Kühlerströmung allmählich zunimmt.

Die Verbrennungsmotortechnik ist heutzutage in der Lage, Verbrennungsmotoren mit höherem Wirkungsgrad und komplexeren Steuerungsverfahren zu erzeugen. Das hat die Notwendigkeit kurzer Aufwärmzeiten und genauer Steuerung der Motorbetriebstemperaturen erhöht, was mit konventionellen Kühlsystemen nicht ausreichend erreicht wird. Verzögerungen beim Aufwärmen des Verbrennungsmotors verzögern außerdem die Verfügbarkeit von Wärme im Fahrgastraum.

Unabhängig vom Thermostat kann ein passives Zweiwegeventil Kühlmittel zu einem Heizerkern leiten, wenn Warmluft im Fahrgastraum benötigt wird. Es können auch weitere Ventile zum Heizen oder Kühlen anderer Fahrzeugkomponenten, wie z. B. Kühlung von Elektronikmodulen oder Beheizen von Sitzen, enthalten sein. Diese Zusatzfunktionen zu erreichen, ist kostenaufwendig, und zwar nicht nur wegen der stark steigenden Anzahl von Ventilen, sondern auch wegen der stark steigenden Anzahl von Stellgliedern und der zu deren Steuerung erforderlichen Verdrahtung, Kabel sowie Hydraulik- oder Pneumatik-(z. B. Vakuum-)Leitungen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung stellt ein Drehventil zur Einpunktstromsteuerung von Kühlmittel bereit, was Vorteile, wie kürzere Aufwärmzeit, geringerer Druckabfall (Verringerung des Energieverbrauchs der Pumpe), verringerte Motoremissionen und reduzierter Kraftstoffverbrauch, verbesserte Fahrgastraumheizleistung und längere Motorlebensdauer infolge verminderter thermischer Schocks der Motorkomponenten aufgrund genauerer Steuerung der Motorbetriebstemperatur, mit sich bringt.

In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein Drehventil zur Einpunktkühlmittelumschaltung des in einem Motorkühlsystem fließenden Kühlmittels einen Ventilkörper mit einem Einlassanschluss und einer Vielzahl von Auslassanschlüssen. Die Auslassanschlüsse enthalten einen Kühleranschluss zum Fließen des Kühlmittels in einem Kühlerkreislauf, einen Bypassanschluss zur Leitung des Kühlmittels zu einem Bypasskreislauf und einen Heizeranschluss zur Leitung des Kühlmittels zu einem Heizerkreislauf. Ein Stromverzweiger ist drehbar im Ventilkörper aufgenommen und enthält eine Vielzahl von Fluiddurchgängen, die in Abhängigkeit einer Drehstellung des Stromverzweigers für voreingestellte Strömungswege zwischen dem Einlassanschluss und den Auslassanschlüssen sorgen. Ein Stellglied reagiert auf ein Steuersignal zum Festlegen der Drehstellung. Die vorbestimmten Strömungswege enthalten eine erste Betriebsweise zur Verteilung des Kühlmittels an den Kühleranschluss und an den Heizeranschluss bei gleichzeitigem Blockieren des Kühlmittels vom Bypassanschluss, eine zweite Betriebsweise zur Verteilung des Kühlmittels an den Bypassanschluss bei gleichzeitigem Blockieren des Kühlmittels vom Kühleranschluss und vom Heizeranschluss, eine dritte Betriebsweise zur Verteilung des Kühlmittels an den Heizeranschluss bei gleichzeitigem Blockieren des Kühlmittels vom Kühleranschluss und vom Bypassanschluss sowie eine vierte Betriebsweise zur Verteilung des Kühlmittels an den Kühleranschluss und an den Bypassanschluss bei gleichzeitigem Blockieren des Kühlmittels vom Heizeranschluss. Insbesondere die zweite Betriebsweise kann eine Vielzahl wählbarer Volumenströme zum Bypassanschluss, einschließlich mindestens eines ersten Volumenstroms und eines zweiten Volumenstroms, der größer als der erste Volumenstrom ist, enthalten, wobei der erste Volumenstrom für einen höheren Wärmefluss in das Kühlmittel sorgt. Im Gegensatz zu früheren Thermostaten kann damit beim Starten des Verbrennungsmotors der geringste Volumenstrom durch den Bypass bei niedrigsten Kühlmitteltemperaturen erreicht werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das den Kühlmittelstrom der Erfindung durch ein Einpunktpräzisionskühlungsventil zeigt.
Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Ventils.
Die Fig. 3 bis 6 sind Draufsichten in Schnittdarstellung des Ventils von Fig. 2 in verschiedenen Strömungsbetriebsweisen.
Fig. 7 ist ein Diagramm, das den Anschlussdurchlassquerschnitt (d. h. Strömungsdrosselung) in einer weiteren Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Präzisionskühlung zeigt.
Fig. 8 ist die perspektivische Ansicht eines Ventilkörpers einer weiteren Ausgestaltung.
Fig. 9 ist eine Seitenansicht eines Stromverzweigers, der im Ventilkörper von Fig. 8 aufzunehmen ist.
Fig. 10 ist eine Seitenansicht des in einer anderen Drehstellung gezeigten Stromverzweigers von Fig. 9.
Fig. 11 ist die perspektivische Unteransicht des Stromverzweigers von Fig. 9.
Fig. 12 ist eine Seitenansicht des Ventilkörpers und des Stromverzweigers in einer Drehstellung zum Bereitstellen von Strom zum Kühler und zum Heizer.
Fig. 13 ist eine Schnittdarstellung entlang der in Fig. 12 eingezeichneten Linie A-A.
Fig. 14 ist eine Schnittdarstellung entlang der in Fig. 12 eingezeichneten Linie B-B.
Fig. 15 ist eine Seitenansicht des Ventilkörpers und des Stromverzweigers in einer Drehstellung zum Bereitstellen des Stroms nur zum Kühler.
Fig. 16 ist eine Schnittdarstellung entlang der in Fig. 15 eingezeichneten Linie A-A.
Fig. 17 ist eine Schnittdarstellung entlang der in Fig. 15 eingezeichneten Linie B-B.
Fig. 18 ist ein Blockdiagramm, das eine gesamte Kühlsystemsteuerung zeigt.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Bezug nehmend auf die Fig. 1 ist eine Vorzugsausgestaltung eines Verbrennungsmotors mit Einpunktkühlmittelverteilung bei Einsatz eines Multiportpräzisionskühlungsventils 10 dargestellt. Das Kühlsystem enthält weiter eine Wasserpumpe 11, einen Verbrennungsmotor 12 mit einem Kühlwassermantel zum Aufnehmen des Kühlmittelstroms, einen Kühler 13 und einen Heizerkern 14. Die Wasserpumpe 11 fördert das Kühlmittel zum Verbrennungsmotor 12 durch einen Motorkreislauf zum Ventil 10. Das Ventil 10 verteilt das vom Verbrennungsmotor 12 ankommende Kühlmittel in wählbare Anteile oder Volumenströme an (1) einen Bypasskreislauf 16, der das Kühlmittel direkt zur Wasserpumpe 11 zurückführt (d. h. Umgehen des Kühlers 13), (2) einen Kühlerkreislauf 17, den das Kühlmittel durch den Kühler 13 zum Kühlen des Kühlmittels durchfließt, und (3) einen Heizerkreislauf, den das Kühlmittel durch den Heizerkern 14 zum Heizen des Fahrgastraums des Fahrzeugs durchfließt. Die Stellung des Ventils 10 zum Empfangen des gesamten vom Verbrennungsmotor 12 kommenden Kühlmittels an seinem Einlass erleichtert die Einpunktumschaltung des Kühlmittels zum Erreichen einer genauen Steuerung der Motorbetriebstemperatur, einer verbesserten Fahrgastraumheizleistung und anderer Vorteile. Andere Gesamtsystemkonfigurationen sind jedoch ebenfalls möglich. Außerdem können zusätzliche Kühlsystemkomponenten, wie z. B. ein Entgasungskreislauf am Kühlmittelspeicher oder Kreisläufe zu anderen Hilfswärmetauschern an zusätzlichen Anschlüssen am Ventil 10 angeschlossen werden.
Fig. 2 zeigt eine erste Ausgestaltung eines Multiportventils 10, das einen allgemein topfförmigen Ventilkörper 20, einen im Ventilkörper 20 aufgenommenen Stromverzweiger 21 und ein oben auf dem Ventilkörper 20 montiertes Stellglied 22 umfasst. Der Ventilkörper 20 enthält einen Einlassanschluss oder ein Verbindungsstück 23, einen Kühlerauslassanschluss 24, einen Bypassauslassanschluss 25 und einen Heizerauslassanschluss 26. Der Stromverzweiger 21 ist allgemein zylindrisch oder tonnenförmig und besitzt eine Vielzahl von Fluidstromdurchlässen zum Realisieren vorbestimmter Strömungswege durch den Stromverzweiger, wie weiter unten beschrieben. Aus dem Stromverzweiger 21 ragt ein Ventilstift 27 nach oben heraus, durch den der Stromverzweiger im Ventilkörper 20 mittels Stellglied 22 zum Erreichen unterschiedlicher Strömungswege zwischen den Anschlüssen gedreht wird.
Das Stellglied 22 enthält eine Abdeckung 28 zum Aufnehmen einer durch einen Antriebsstrang oder ein Getriebe 31 am Ventilstift 27 angekoppelten Antriebseinheit 30. Die Antriebseinheit 30 empfängt ein Steuersignal zum Steuern des Stromverzweigers 21 in eine bestimmte Drehstellung. Zum Beispiel kann die Antriebseinheit 30 aus einem Elektromotor und ein Steuersignal aus einem die gewünschte Winkelstellung des Stromverzweigers 21 charakterisierenden analogen oder digitalen Befehlssignal bestehen. Die Antriebseinheit 30 könnte auch hydraulisch oder pneumatisch mit entsprechenden Hydraulik- oder Pneumatikeingängen betrieben werden. Wie im Fachgebiet bekannt, kann das Steuersignal auf der Basis verschiedener Eingangsparameter, wie z. B. der Kühlmitteltemperatur von einer Steuerung, wie weiter unten behandelt, kommen. Deshalb kann das Ventil 10 außerdem im Ventilkörper 20 einen elektronischen Temperatursensor 32 in Berührung mit dem durch das Ventil fließenden Kühlmittel enthalten.
Im Fehlerfall der Antriebseinheit 30 oder bei Verlust eines Steuersignals stellt die Erfindung einen Eigenschutzmechanismus zum Ausrichten des Stromverzweigers 21 in eine Drehstellung bereit, bei der der Kühlmittelstrom zum Kühlerkreislauf und zum Heizerkreislauf geleitet wird. Deshalb sind Abdeckung 28 und Ventilstift 27 durch eine Rückstellfeder 33 miteinander verbunden, die erforderlichenfalls den Stromverzweiger 21 in die Eigenschutzstellung zwingt. Alternativ könnte die Rückstellfeder 33 zwischen Abdeckung 28 und Getriebe 31 angeordnet sein.
Ein Flanschpaar 29 dient als Verbindung von Ventilkörper 20 und Abdeckung 28. Dichtungen an zahlreichen Stellen am Ventil und Positioniereinrichtungen für den Stromverzweiger 21 sind zwar nicht dargestellt, aber, wie fachgemäß üblich, angeordnet.
In einer Vorzugsausgestaltung enthält der Stromverzweiger 21 Fluiddurchlässe, die zum Bereitstellen von Strömungswegen durch das Ventil 10 in vier grundlegenden Betriebsweisen in den jeweiligen Drehstellungen ausgeführt sind. Eine erste Betriebsweise ist eine in Fig. 3 dargestellte Kühler/Heizer-Betriebsweise. Wie im Schnitt zu sehen ist, führen die Strömungswege von den im Stromverzweiger 21 geformten Fluiddurchlässen oder Fluidkanälen bis in die Ebene der Ein- und Auslassanschlüsse. In Fig. 3 gibt es offene Strömungswege zum Verteilen des Kühlmittels vom Einlassanschluss 23 zum Kühlerauslassanschluss 24 und Heizerauslassanschluss 26 bei gleichzeitigem Blockieren des Kühlmittelstroms zum Bypassauslassanschluss 25. Die in Fig. 3 gezeigte Kühler/Heizer-Betriebsweise entspricht zugleich der Eigenschutzstellung im Stromverzweiger 21. In dieser Betriebsweise ist das Aufwärmen des Verbrennungsmotors nicht optimiert, jedoch sichert der Strom zum Kühler, dass der Verbrennungsmotor vor Überhitzung geschützt ist, und der Strom zum Heizerkern, dass die Fahrgastraumheizung zum Auftauen der Fenster und zum Wärmen der Insassen zur Verfügung steht.
Fig. 4 zeigt eine zweite Betriebsweise als eine ausschließliche Bypassbetriebsweise, die gewählt wird, wenn eine niedrige, unterhalb eines Sollwerts liegende Kühlmitteltemperatur festgestellt wird. Der einzige offene Strömungsweg besteht zwischen Einlassanschluss 23 und Bypassauslassanschluss 25, und da in diesem Fall der Kühlmittelstrom nur auf den Verbrennungsmotorkreislauf begrenzt ist, wird der Motor in der kürzestmöglichen Zeit erwärmt.
Fig. 5 zeigt eine dritte Betriebsweise als eine ausschließliche Heizerbetriebsweise, wobei der einzige offene Strömungsweg zwischen Einlassanschluss 23 und Heizerauslassanschluss 26 besteht. Diese Betriebsweise kann zum Beispiel gewählt werden, wenn es Bedarf an Fahrgastraumheizung gibt und die momentane Motorbetriebstemperatur über einem vorbestimmten Mindestschwellenwert, jedoch noch unterhalb der Sollbetriebstemperatur, liegt.
Fig. 6 zeigt eine vierte Betriebsweise, die eine Kühler- und Bypassbetriebsweise darstellt, wobei offene Strömungswege zwischen Einlassanschluss 23 und Kühlerauslassanschluss 24 sowie Bypassauslassanschluss 25 bestehen. Diese Betriebsweise kann für einen geringeren Kühlaufwand im Kühler verwendet werden, wenn die Kühlmitteltemperatur nahe dem Sollwert liegt.
Ein großer Vorteil des in den Fig. 2 bis 6 dargestellten Multiportventils ist sein niedriger Druckabfall im Vergleich zu anderen in konventionellen Kühlsystemen verwendeten Ventilen. Das führt zu einer verringerten Zubehörlast des Verbrennungsmotors, was die Kraftstoffeinsparung erhöht.
Bei Verwendung der vier in den Fig. 3 bis 6 gezeigten Betriebsweisen kann der Kühlmittelstrom gesteuert werden, um die Ansprüche an die Fahrzeugkühlung bedarfsgerecht zu erfüllen. Der Stromverzweiger 21 kann außerdem in Drehstellungen zwischen den in Fig. 3 bis 6 gezeigten Drehstellungen zum Erzielen variabler Volumenströme in den einzelnen Betriebsweisen gebracht werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können, wie in Fig. 7 dargestellt, verschiedene Volumenstromprofile in entsprechenden Drehstellungen des Stromverzweigers spezifiziert werden. Der Strom vom Einlassanschluss zu einem bestimmten Auslassanschluss hängt vom Durchlassquerschnitt der Überlappung eines bestimmten Strömungsdurchlasses mit dem Anschluss selbst ab. Bei Wahl einer entsprechenden Geometrie für die Strömungsdurchlässe im Stromverzweiger können damit beliebige Volumenstromprofile (innerhalb praktischer Grenzen) erzielt werden.
Fig. 7 stellt den Anschlussdurchlassquerschnitt für jeden Anschluss in der jeweiligen Drehstellung des Stromverzweigers dar. In diesem Beispiel kann der Stromverzweiger in Winkelstellungen zwischen 6° und 206°, bezogen auf eine Bezugsstellung, gedreht werden. Der Anschlussdurchlassquerschnitt ist in Quadratzoll angegeben. Eine Linie 35 zeigt eine Kurve des Anschlussdurchlassquerschnitts am Kühlerauslassanschluss, wobei der Kühlerstrom ein Maximum (0,95 Quadratzoll (6,13 cm²)) bei 6° hat und bei einer Winkelstellung von etwa 83° auf null fällt. Anstelle mit konstanter Neigung kann sie bei verschiedenen Volumenströmen in Abhängigkeit der Strömungsdurchlassgeometrien abfallen, wie weiter unten gezeigt. Eine Linie 36 zeigt die Durchlassquerschnittskurve am Kühlerauslassanschluss in Winkelstellungen von etwa 126° mit einem Durchlassquerschnitt von null bis 206° bei einem Durchlassquerschnitt von 0,75 Quadratzoll (4,84 cm²).
Eine Linie 37 zeigt die Kurve vom Anschlussdurchlassquerschnitt am Bypassauslassanschluss. Der Bypassdurchlassquerschnitt steigt allmählich von null bei 20° auf ein Maximum von etwa 0,14 Quadratzoll (0,90 cm²) bei etwa 59°. Danach fällt die Linie 37 ab 74° bis 88° auf einen Wert von etwa 0,04 Quadratzoll (0,26 cm²). Er bleibt auf diesem zweiten Drosselniveau bis etwa 95° und fällt dann bei etwa 100° Winkelstellung auf null.
Eine Linie 38 zeigt die Kurve vom Anschlussdurchlassquerschnitt am Heizerauslassanschluss. Sie steigt von null bei 95° auf einen Maximalwert von 0,14 Quadratzoll (0,90 cm²) bei etwa 117° und hält diesen Wert bis 206°. Außerdem sind Werte an einem Entgasungsanschluss in einer Linie 40 dargestellt, die bei 6° mit 0,03 Quadratzoll (0,19 cm²) beginnt und konstant bleibt, bis sie bei etwa 83° auf null fällt. Der Entgasungsanschluss bleibt bis etwa 122° gesperrt und wird, wie durch Linie 41 gezeigt, zwischen 132° und 206° mit einem Querschnitt von 0,03 Quadratzoll (0,19 cm²) wieder freigegeben.
Eine Kühler-/Heizer-Betriebsweise des Kühlmittelstroms kann mit Drehstellungen im Bereich von etwa 126° bis 206° erreicht werden. Die Eigenschutzstellung in dieser Ausgestaltung entspricht vorzugsweise einer Winkelstellung von 206°.
Die ausschließliche Bypassbetriebsweise kann im Bereich von etwa 88° bis 95° erreicht werden. Die Linie 37 liefert ein Plateau im Durchgangsquerschnittsprofil des Bypasses, das ein Toleranzband bezüglich der Stellung des Stromverzweigers zum Erreichen eines gewünschten Kühlmittelstroms ermöglicht. Das Plateau entspricht einer Fluiddurchlassgeometrie, die für ein konstantes Überlappungsgebiet mit dem Anschluss innerhalb des Bereichs der Stromverzweigerdrehung sorgt.
Die ausschließliche Heizerbetriebsweise kann mit Drehstellungen im Bereich von etwa 117° bis 127° erreicht werden. Der Entgasungsanschluss in dieser Ausgestaltung kann zum Leiten des Kühlmittels durch eine Entgasungsflasche zum Entfernen der Luft aus dem Kühlmittel verwendet werden. Die Kühler- und Bypassbetriebsweise kann mit Drehstellungen im Bereich von etwa 6° bis 74° erreicht werden. Insbesondere hat die Bypasskurve 37 zwischen 59° und 74° ein zweites Plateau, das für eine größere Strömung (d. h. niedrigere Begrenzung) als das erste Plateau in der ausschließlichen Bypassbetriebsweise sorgt. Der geringere Strom (stärker gedrosselt) im ausschließlichen Bypassmode verursacht einen höheren Wärmefluss vom Verbrennungsmotor in das Kühlmittel, wodurch die Kühlmitteltemperatur steigt und der Motor schneller ins Gleichgewicht gelangt. Das Kühlmittel bleibt länger in direktem Kontakt mit dem Verbrennungsmotor, ist aber noch in zur Verhinderung der Bildung heißer Stellen ausreichender Bewegung. Der weniger gedrosselte (d. h. schnellere) Strom des zweiten Plateaus in der Kühler-Bypass-Betriebsweise ist für den gewünschten Wärmefluss günstiger, wenn eine höhere Betriebstemperatur erreicht worden ist, und ermöglicht eine bessere Steuerung der Temperatur am gewünschten Sollwert. Deshalb sorgen die in den erfindungsgemäßen Strömungsbetriebsweisen jeweils erreichten Strömungen für eine bedeutende Verbesserung gegenüber der früheren Ausführung.
Fig. 8 zeigt einen Ventilkörper 50 ohne Schlauchverbindungen in einer Ausgestaltung zum Erreichen der Strömungsprofile von Fig. 7. Der Ventilkörper 50 besitzt einen Einlassanschluss 51, einen Kühleranschluss 52, einen Bypassanschluss 53, einen Heizeranschluss 54 und einen Entgasungs- oder Hilfsanschluss 55. In dieser Ausgestaltung sind nicht alle Anschlüsse in derselben Ebene wie der Einlassanschluss 51 angeordnet.
In den Fig. 9 bis 11 ist ein Stromverzweiger 56 zum Bereitstellen des gewünschten Profils der Anschlussdurchlassquerschnitte gegenüber der Winkelstellung des Stromverzweigers dargestellt. Fluiddurchlässe zum Überlappen mit dem Einlassanschluss 51 führen zu Innenkammern im Stromverzweiger 56. Andere Durchlässe führen zu den Auslassanschlüssen in verschiedenen Drehstellungen des Stromverzweigers. Die Auslässe der Durchlässe besitzen, wie gezeigt, ausgewählte Geometrien zum Realisieren der gewünschten überlappenden Anschlussquerschnitte. Die Durchlassöffnungen umfassen Formen, wie eine Keilform, gezeigt bei Öffnung 57, eine Bogenform, gezeigt bei Öffnung 58, eine Schlitzform, gezeigt bei Öffnung 59, und Kreisformen, gezeigt bei Öffnung 60.
Fig. 12 zeigt einen im Ventilkörper 50 platzierten Stromverzweiger 56 in der Winkelstellung von 206°, die eine Eigenschutzstellung mit in den Fig. 13 und 14 gezeigten Strömungswegen zum Kühleranschluss 52 und Heizeranschluss 54 darstellt.
Fig. 15 zeigt einen im Ventilkörper 50 platzierten Stromverzweiger 56 in der Winkelstellung von 6°. Wie in Fig. 16 gezeigt, wird ein Strömungsweg zum Kühleranschluss 52 bereitgestellt, und wie in Fig. 17 gezeigt, ist der Strom zum Bypassanschluss 53 und zum Heizeranschluss 54 gesperrt. Es ist zu sehen, dass bei einer Drehung über 6° in Uhrzeigerrichtung der Strom entsprechend den in Fig. 7 gezeigten Profilen im Bypassanschluss 53 zu fließen beginnt.
Fig. 18 zeigt eine Steuerung des Präzisionskühlsystems, wobei eine Mikrosteuerung 65 das Multiportventil 10, die Pumpe 11 und einen Ventilatorantrieb 66 entsprechend der auf ein bestimmtes Fahrzeug zugeschnittenen Kühlstrategie steuert. Die Winkelstellung des Stromverzweigers in Ventil 10 wird entsprechend dem von der Mikrosteuerung 65 an das Ventil 10 gelieferten Steuersignal eingestellt. Die gewünschte Winkelstellung wird als Reaktion auf ein vom Ventil 10 empfangenes Temperatursignal und andere Fahrzeugparameter, wie z. B. die über eine Kommunikationsverknüpfung zur Motorsteuerung erhaltene Verbrennungsmotordrehzahl, bestimmt. Die Mikrosteuerung 65 kann in einem selbstständigen Modul enthalten sein, könnte alternativ im selben Modul wie die Motorsteuerung platziert oder sogar in die Mikrosteuerung implementiert werden, die die Motorsteuerungsfunktionen ausführt.

Claims

1. Ein Verbrennungsmotorkühlsystem für ein Fahrzeug, wobei das Kühlsystem Wärme von einem Verbrennungsmotor unter Verwendung eines Kühlmittels verteilt, umfassend:
eine Pumpe zur Förderung des Kühlmittels;
einen Motorkreislauf zum Leiten des Kühlmittels durch den Motor;
einen Kühlerkreislauf zum Leiten des Kühlmittels durch den Kühler;
einen Bypasskreislauf zum Rückführen des Kühlmittels zum Motorkreislauf ohne Durchströmen des Kühlerkreislaufes;
einen Heizerkreislauf zum Leiten des Kühlmittels durch den Heizerkern;
ein Drehventil zur Einpunktkühlmittelumschaltung des Kühlmittels, umfassend:
einen Ventilkörper mit einem Einlassanschluss und einer Vielzahl von Auslassanschlüssen, wobei die Auslassanschlüsse einen Kühleranschluss zum Leiten des Kühlmittels in einem Kühlerkreislauf, einen Bypassanschluss zum Leiten des Kühlmittels in einem Bypasskreislauf und einen Heizeranschluss zum Leiten des Kühlmittels in einem Heizerkreislauf enthält;
einen drehbar im Ventilkörper aufgenommenen Stromverzweiger mit einer Vielzahl von Fluiddurchgängen, die in Abhängigkeit einer Drehstellung des Stromverzweigers für voreingestellte Strömungswege zwischen dem Einlassanschluss und den Auslassanschlüssen sorgen;
ein Stellglied, das auf ein Steuersignal zum Festlegen der Drehstellung reagiert,
wobei die vorbestimmten Strömungswege eine erste Betriebsweise zur Verteilung des Kühlmittels an den Kühleranschluss und an den Heizeranschluss bei gleichzeitigem Blockieren des Kühlmittels vom Bypassanschluss, eine zweite Betriebsweise zur Verteilung des Kühlmittels an den Bypassanschluss bei gleichzeitigem Blockieren des Kühlmittels vom Kühleranschluss und vom Heizeranschluss, eine dritte Betriebsweise zur Verteilung des Kühlmittels an den Heizeranschluss bei gleichzeitigem Blockieren des Kühlmittels vom Kühleranschluss und vom Bypassanschluss und eine vierte Betriebsweise zur Verteilung des Kühlmittels an den Kühleranschluss und an den Bypassanschluss bei gleichzeitigem Blockieren des Kühlmittels vom Heizeranschluss enthalten;
eine Steuerung, die auf vorbestimmte Fahrzeugparameter zum Erzeugen des Steuersignals zum Wählen einer der Betriebsweisen als Reaktion auf die vorbestimmten Fahrzeugparameter reagiert.

2. Das Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei die erste Betriebsweise einer Eigenschutzstellung des Stromverzweigers entspricht, wenn das Stellglied versagt, und das Drehventil außerdem einen Rückstellmechanismus zum Zurückstellen des Stromverzweigers in die Eigenschutzstellung umfasst.

3. Das Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei eine an einen Auslassanschluss in mindestens einer der Betriebsweisen verteilten Durchflussmenge des Kühlmittels proportional zu einem variablen Überlappungsquerschnitt eines jeweiligen Fluiddurchlasses und des Auslassanschlusses ist.

4. Das Kühlsystem nach Anspruch 3, wobei der Volumenstrom zu einem bestimmten, den Kühlmittelstrom in einer bestimmten Betriebsweise empfangenden Auslassanschluss als Reaktion auf jeweilige Drehstellungen in der bestimmten Betriebsweise variabel ist.

5. Das Kühlsystem nach Anspruch 3, wobei ein Volumenstrom zum Bypassanschluss in der vierten Betriebsweise größer als der Volumenstrom zum Bypassanschluss in der zweiten Betriebsweise ist, um einen größeren Wärmefluss in das Kühlmittel in der zweiten Betriebsweise zu erreichen.