DE19741861A1 - Vorrichtung zur Regelung des Kühlwasserkreislaufes für einen Verbrennungsmotor - Google Patents
Vorrichtung zur Regelung des Kühlwasserkreislaufes für einen VerbrennungsmotorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung
des Kühlwasserkreislaufes für einen Verbrennungsmotor
nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definier
ten Art.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist in der US-PS 4 972 808
beschrieben. Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist
jedoch, daß während der Warmlaufphase des Motores oder
bei einem längeren Betrieb mit niedrigen Drehzahlen,
wie z. B. "stop and go"-Betrieb im Stadtverkehr über
den Heizungs-Wärmetauscher nicht genügend Wärme zur
Beheizung des Fahrgastinnenraumes zur Verfügung ge
stellt werden kann. Wird trotzdem eine ausreichende
Heizleistung gewünscht, sind Zusatzeinrichtungen, wie
z. B. eine gesonderte Heizeinrichtung für den Heizungs-
Wärmetauscher und/oder Heizwasserpumpen erforderlich.
Zum allgemeinen Stand der Technik wird noch auf die DE 43 33 110 A1
und DE 195 08 102 C1 hingewiesen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde
eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art derart zu
verbessern, daß in der Warmlaufphase und/oder bei ei
nem Fahrzeugbetrieb mit niederen Drehzahlen und niede
ren Motortemperaturen zur Beheizung des Fahrgastinnen
raumes mehr Wärmeenergie zur Verfügung steht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn
zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale
gelöst.
Durch das erfindungsgemäße Differenzdruckventil und
dessen Schaltung wird insbesondere in der Warmlaufpha
se des Motors eine maximale Wärmeabgabe über den Hei
zungs-Wärmetauscher bei niedrigen Motordrehzahlen er
reicht, denn die gesamte Kühlwassermenge strömt über
die Heizung, womit die anfallende Motorwärme vollstän
dig über den Heizungs-Wärmetauscher abgegeben werden
kann. Erst bei höheren Wasserpumpendrehzahlen öffnet
das Differenzdruckventil und es erfolgt in bekannter
Weise eine Aufteilung des Kühlwasserstromes über die
Bypass-Leitung und die Heizungsleitung.
Im normalen Fahrbetrieb kann in herkömmlicher Weise
der Kühlwasserkreislauf in einem Mischbetrieb betrie
ben werden, wobei eine zusätzliche Aufteilung des
Kühlwassers in eine Rückleitung erfolgen kann, die
über den Kühler geführt wird.
In den Unteransprüchen und in dem nachfolgend prinzip
mäßig anhand der Zeichnung beschriebenen Ausführungs
beispiel sind vorteilhafte Weiterbildungen und Ausge
staltungen der Erfindung ersichtlich.
Es zeigt:
Fig. 1 Schemadarstellung eines Kühlwasserkreislaufes
mit dem erfindungsgemäßen Differenzdruckven
til,
Fig. 2 das Thermostatventil mit dem Differenzdruck
ventil im Kurzschlußbetrieb,
Fig. 3 das Thermostatventil mit dem Differenzdruck
ventil in der Mischphase, und
Fig. 4 das Thermostatventil mit dem Differenzdruck
ventil im normalen Betriebszustand.
Der in der Fig. 1 dargestellte Kühlwasserkreislauf ist
grundsätzlich bezüglich Aufbau und Wirkungsweise von
bekannter Bauart, weshalb nachfolgend nur kurz auf die
wesentlichen Teile eingegangen wird.
Ein Verbrennungsmotor 1 mit einem Kurbelgehäuse 2 und
einem Zylinderkopf 3 ist über den Zylinderkopf 3 an
einen Kühlwasserkreislauf angeschlossen. Der Kühlwas
serkreislauf weist eine Wasserpumpe 4 auf, die über
die Kurbelwelle des Motors angetrieben wird. In Strö
mungsrichtung hinter dem Zylinderkopf 3 befindet sich
ein Thermostatventil 5 in einem Thermostatgehäuse 6.
Eingangsseitig ist das Thermostatventil 5 mit Kühlwas
serkanälen des Zylinderkopfes 3 verbunden. Ausgangs
seitig führt aus dem Thermostatventil 5 eine Bypass-
Leitung 7, eine Heizleitung 8 und eine Wasserkühlerzu
leitung 9 heraus. In der Heizleitung 8 befindet sich
ein Heizungs-Wärmetauscher 10, durch den eine Aufhei
zung eines nicht dargestellten Fahrgastraumes erfolgt.
Über eine Heizungsrückleitung 11, in die auch die
Bypass-Leitung 7 einmündet, erfolgt eine Rückführung
von Kühlwasser zur Wasserpumpe 4.
Die Wasserkühlerzuleitung 9 führt zu einem Wasserküh
ler 12, von dem aus eine Wasserpumpenzuleitung 13 ab
geht, die zur Wasserpumpe 4 führt. In der Bypass-
Leitung 7 ist ein Differenzdruckventil 14 angeordnet,
das im Hinblick auf eine konstruktive Vereinfachung
und eine einfache Montage in das Thermostatventilge
häuse 6 integriert ist. Selbstverständlich kann das
Differenzdruckventil 14 jedoch auch an einer anderen
Stelle als separate Einheit in der Bypass-Leitung 7
angeordnet sein.
Das Differenzdruckventil 14 weist ein Schließglied 15
auf, das durch eine Spiralfeder 16 als Federeinrich
tung in Schließstellung vorgespannt ist.
Das in der Fig. 1 und in den Fig. 2 bis 4 näher
dargestellte Thermostatventil 5 ist als Zweiplatten
ventil mit Ventilplattentellern 17 und 18 ausgebildet.
Selbstverständlich ist im Rahmen der Erfindung jedoch
auch eine andere Thermostatventilausgestaltung denk
bar.
Nachfolgend ist die Wirkungsweise des Differenzdruck
ventiles 14 anhand der verschiedenen Stellungen gemäß
Fig. 1 und vergrößert gemäß Fig. 2 bis 4 beschrie
ben.
Die Fig. 2 zeigt einen Kurzschlußbetrieb in der Warm
laufphase des Motors 1 bei niederen Motordrehzahlen
und damit auch bei einer niederen Wasserpumpendreh
zahl. In diesem Falle ist das Thermostatventil 5 in
bekannter Weise so geschaltet, daß der Ventilplatten
teller 17 die Wasserkühlerzuleitung 9 zum Wasserkühler
12 absperrt. Beim Stand der Technik würde in diesem
Falle eine Aufteilung des Kühlwasserstromes auf die
Heizleitung 8 und die Bypass-Leitung 7 erfolgen, womit
für den Heizungs-Wärmetauscher 10 eine entsprechend
reduzierte Wärmeenergie zur Verfügung stehen würde,
die aufgrund der niederen Drehzahl und der niederen
Temperatur des Motors zur Erwärmung eines Fahrgastin
nenraumes ungenügend wäre. Um diesen negativen Effekt
zu vermeiden ist das Differenzdruckventil 14 vorgese
hen. Aufgrund der niederen Drehzahl herrscht im Kühl
wasserkreislauf ein entsprechend niederer Druck, der
nicht ausreicht die Vorspannkraft der Federeinrichtung
16 für das Schließglied 15 zu überwinden. Dies bedeu
tet das Differenzdruckventil 14 befindet sich in der
in der Fig. 2 dargestellten geschlossenen Stellung,
wobei der Ventilplattenteller 17 die Eingangsöffnung
zu der Wasserkühlerzuleitung 9 wegen der niedrigen
Motortemperatur absperrt. Dadurch wird das gesamte
Kühlwasser in die Heizleitung 8 eingeleitet und damit
dem Heizungs-Wärmetauscher 10 zur Verfügung gestellt.
In der Darstellung nach der Fig. 2 befindet sich zwar
der Ventilplattenteller 18 auf Abstand zu der Ein
strömöffnung in die Bypass-Leitung 7, aber aufgrund
der niederen Drehzahl hält das Schließglied 15 des
Differenzdruckventiles 14 die Bypass-Leitung 7 ge
schlossen. Erst ab einer vorgewählten Motordrehzahl
und damit einem entsprechend höheren Druck im Kühlwas
serkreislauf erfolgt in Abhängigkeit von der Vorspann
kraft der Spiralfeder 16 eine Öffnung der Bypass-
Leitung 7. Dies kann z. B. bei einem Druck von ca. 0,3
bar und höher erfolgen. Erst ab diesem Auslegungspunkt
erfolgt eine Teilströmung entsprechend Pfeil A in der
Fig. 2 über das sich öffnende Schließglied 15 in die
Bypass-Leitung 7 zusätzlich zu der Kühlwasserströmung
über die Heizleitung 8.
Wenn die Temperatur des Motors einen vorgewählten Wert
erreicht, z. B. größer 80°C, öffnet in bekannter Weise
das Thermostatventil 5 für eine Mischphase (s. Fig. 3).
Dabei befinden sich die beiden Ventilplattenteller
17 und 18 in einer Mittelposition, in der alle Ausgän
ge aus dem Thermostatventilgehäuse 6 offen sind, näm
lich die Bypass-Leitung 7, die Heizleitung 8 und die
Wasserkühlerzuleitung 9. Diese Phase bedeutet den Be
ginn der Durchströmung des Kühlwassers über die Was
serkühlerzuleitung 9 und die Durchströmung des Wasser
kühlers 12, bevor über die Wasserpumpenrückleitung 13
eine Rückleitung zur Wasserpumpe 4 erfolgt. Auch in
diesem Falle besteht die Möglichkeit, daß bei niederen
Motordrehzahlen das Schließglied 15 des Differenz
druckventiles 14 geschlossen wird, womit wiederum dem
Heizungs-Wärmetauscher 10 verstärkt Wärmeenergie zuge
führt wird.
Die Fig. 4 zeigt die Stellung der beiden Ventilplat
tenteller 17 und 18 im normalen Betriebszustand, z. B.
bei Temperaturen von größer 100°C. Wie ersichtlich,
ist in diesem Falle das Thermostatventil 5 in Richtung
der Wasserkühlerzuleitung 9 und der Heizleitung 8 voll
geöffnet und die Bypass-Leitung 7 ist durch den Ven
tilplattenteller 18 geschlossen. Die Kühlwasserführung
nach der Fig. 4 entspricht somit der bekannten Kühl
wasserführung nach dem Stand der Technik.
Claims (5)
1. Vorrichtung zur Regelung des Kühlwasserkreislaufes
für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kühler, ei
nem Heizungs-Wärmetauscher, mit einer Wasserpumpe
und mit einem Thermostatventil, das in der Warm
laufphase des Motors oder bei niedrigen Motortem
peraturen zwei Kreisläufe ermöglicht, wobei ein
Kreislauf zur Kühlung des Motors über eine Bypass-
Leitung und ein zweiter Kreislauf zum Heizungs-
Wärmetauscher über eine Heizleitung vorgesehen
ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
in der Bypass-Leitung (7) ein motordrehzahlabhän
gig geregeltes Differenzdruckventil (14) angeord
net ist, wobei in der Warmlaufphase oder in der
Phase mit niedriger Motortemperatur bei niedrigen
Drehzahlen des Motors (1) die Bypassleitung (7)
gesperrt und das gesamte Kühlwasser über die Heiz
leitung (8) geführt ist und wobei bei höheren
Drehzahlen das Differenzdruckventil (14) öffnet
und die Bypass-Leitung (7) freigibt, wobei eine
mengenmäßige Aufteilung des Kühlwassers in Abhän
gigkeit von der Auslegung des Differenzdruckventi
les (14) über die Bypass-Leitung (7) und die Heiz
leitung (8) erfolgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Differenzdruckventil (14) mit einer Federein
richtung (16) zur Vorspannung in Schließstellung
versehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Differenzdruckventil (14) im Thermostatgehäuse
(6) des Thermostatventiles (5) aufgenommen ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Thermostatventil (5) als Plattenventil mit
wenigstens einem Ventilplattenteller (18) ausge
bildet ist, hinter dem die Bypass-Leitung (7) ab
zweigt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Plattenventil als Zweiplattenventil ausgebil
det ist, wobei hinter einem Plattenventilteller
(18) die Bypass-Leitung (7) und hinter dem zweiten
Plattenventilteller (17) eine zu dem Kühler (12)
führende Wasserkühlerzuleitung (9) abzweigt.
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