DE19905466A1 - Verfahren zur Temperaturregelung des Kühlmittels von Verbrennungskraftmaschinen und ein dazu verwendetes Thermostatventil - Google Patents
Verfahren zur Temperaturregelung des Kühlmittels von Verbrennungskraftmaschinen und ein dazu verwendetes ThermostatventilInfo
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Abstract
Beschrieben wird ein Verfahren zur Regelung der Temperatur des Kühlmittels eines Kühlsystems von Verbrennungskraftmaschinen, bei dem mit Hilfe eines Thermostatventils (1) der Durchfluß des Kühlmittels durch einen Motorkühler geregelt wird, wobei über ein Stellglied (9) eine kernfeldgesteuerte Betätigung eines in einem Durchlaß (5) des Thermostatventils (1) angeordneten Ventilkörpers (7) vorgesehen ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Stellbewegung des Stellgliedes (9) zuerst eine Überströmöffnung (19) und dann den Durchlaß (5) des Thermostatventils (1) öffnet, wobei der Überströmquerschnitt der Überströmöffnung (19) stets kleiner ist als der kleinste realisierbare Überströmquerschnitt des Durchlasses (5), derart, daß am Anfang der Stellbewegung ein sehr fein dosierbares Überströmen von geringen Mengen Kühlmittel erfolgt. Ferner wird ein zur Durchführung des Verfahrens vorgesehenes Thermostatventil beschrieben (in Verbindung mit der Figur 1 der Zeichnung).
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Temperatur des Kühlmittels
von Verbrennungskraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf ein zur
Durchführung des Verfahrens verwendetes Thermostatventil.
Durch die DE 44 10 249 A1 ist bereits ein Thermostatventil zur Regelung der Temperatur
des Kühlmittels eines Kühlsystems von Verbrennungskraftmaschinen bekannt geworden,
bei dem in einem Durchlaß für das Kühlmittel ein gegen eine Dichtfläche des
Ventilgehäuses bewegbarer Ventilkörper mit einem Antrieb, der ein kennfeldgesteuertes
Stellglied aufweist, angeordnet ist. Zur Regelung der Kühlmitteltemperatur wird hier bereits
der Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine aus einer Reihe von unterschiedlichen
Meßsignalen von der elektronischen Motorsteuerung als Kennfeld berechnet.
Derartige Thermostatventile weisen den Nachteil auf, daß beim Erreichen eines
Betriebszustandes, der eine dosierte Zufuhr von kaltem Kühlmittel erfordert, mit dem Öffnen
des Durchlasses zwangsläufig sofort relativ viel Kühlmittel überströmt. Dieses resultiert
daraus, daß der Durchlaß einen so großen Durchmesser aufweisen muß, daß es
sichergestellt ist, daß bei voll geöffnetem Thermostatventil der Durchtritt des gesamten
Kühlmittels des Kühlsystems erfolgen kann. Wie sich gezeigt hat, ist auch durch die
Anordnung von Überströmnuten im Bereich des Ventilsitzes der sofortige Übertritt einer in
gewissen Betriebszuständen zu großen Menge Kühlmittel nicht zu verhindern. Insbesondere
im Teillastbereich und/oder bei niedrigen Umgebungstemperaturen führt der sofortige
Übertritt einer relativ großen Menge an Kühlmittel dazu, daß die Betriebstemperatur der
Verbrennungskraftmaschine zu weit abgesenkt wird. Als Folge steigt der
Kraftstoffverbrauch, verschlechtert sich das Abgasverhalten und es kann sogar zu einer
Schädigung des Katalysators durch Eintreten von überschüssigem Kraftstoff kommen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur kennfeldgesteuerten Regelung
zu schaffen, daß es ermöglicht, in der Phase des Bedarfs geringer Mengen von kaltem
Kühlmittel dessen Überströmen sehr fein zu dosieren. Ferner besteht die Aufgabe der
Erfindung darin, ein Thermostatventil zur Durchführung des obigen Verfahrens zur
Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des
Anspruchs 2 gelöst. Die weitere Ausgestaltung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.
Dadurch, daß eine Stellbewegung des Stellgliedes zuerst eine Überströmöffnung und dann
den Durchlaß des Thermostatventils öffnet, wobei der Überströmquerschnitt der
Überströmöffnung stets kleiner ist als der kleinste Überströmquerschnitt des Durchlasses,
erfolgt am Anfang der Stellbewegung ein sehr fein dosierbares Überströmen von geringer
Mengen Kühlmittel. Es ist somit sichergestellt, daß insbesondere im Teillastbereich und bei
niedrigen Umgebungstemperaturen das kalte Kühlmittel bei Bedarf und entsprechender
Auslegung der Öffnungsquerschnitte dem Kühlsystem sogar tröpfchenweise, exakt dosiert
zugeführt werden kann. Insgesamt ergibt ein sehr präzise arbeitendes Verfahren zur
Regelung der Temperatur des Kühlmittels einer Verbrennungskraftmaschine.
Das erfindungsgemäße Thermostatventil weist die Merkmale auf, daß am Stellglied ein mit
einer im Ventilkörper vorgesehenen Überströmöffnung korrespondierender Schließkörper
angeordnet ist, daß der wirksame Öffnungsquerschnitt der Überströmöffnung kleiner ist als
der kleinste realisierbare Öffnungsquerschnitt des Durchlasses des Ventilgehäuses und daß
der Ventilkörper am Stellglied als Schleppkolben angeordnet sowie zwischen dem Stellglied
und dem Ventilkörper eine in Schließrichtung des Ventilkörpers wirksame Druckfeder
angeordnet ist, wobei eine Stellbewegung des Stellgliedes zuerst die Überströmöffnung und
dann den Durchlaß öffnet, derart, daß am Anfang der Stellbewegung ein sehr fein
dosierbares Überströmen von geringer Mengen Kühlmittel erfolgt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, daß das
Stellglied einen Mitnehmer aufweist, der in eine Kulisse des Ventilkörpers mit einem
Anschlag eingreift, derart, daß bei einer Stellbewegung des Stellgliedes zuerst der
Schließkörper die Überströmöffnung freigibt, dann der Mitnehmer gegen den Anschlag
bewegt wird und schließlich der Ventilkörper von seiner Dichtfläche abgehoben wird.
Im Rahmen der Erfindung ist es vorgesehen, daß der Schließkörper des Stellgliedes an
seinem Umfang mit einem Dichtelement versehen ist das in die Überströmöffnung
einführbar ist und an deren Innenwandung abdichtend anliegt. Es wird so auf sehr einfache
Weise vermieden, daß neben dem Ventilkörper auch der Schließkörper in eine definierte
abdichtende Endlage gebracht werden muß. Das Dichtelement ist vorzugsweise als O-Ring
ausgebildet.
Vorteilhaft ist es, wenn der Ventilkörper mit einem Dehnwachselement in Wirkverbindung
steht, derart, daß dessen Arbeitsstift den Ventilkörper gegen die Kraft der Druckfeder von
der Dichtfläche abheben kann, sofern eine vorgegebene Kühlmitteltemperatur überschritten
wird, bei der das Thermostatventil im Normalfall durch die Kennfeldsteuerung bereits
geöffnet ist. Indem zusätzlich zu einer kennfeldgesteuerten Betätigung des
Thermostatventils eine unmittelbar durch die Kühlmitteltemperatur beeinflußte Betätigung
des Thermostatventils vorgesehen ist, die nur dann erfolgt bzw. einen Einfluß auf die
Temperaturregelung hat, wenn die kennfeldgesteuerte Betätigung fehlerhaft arbeitet, sind
die oben dargestellten Vorzüge einer Kennfeldsteuerung und der Vorzug der Verläßlichkeit
einer unmittelbar durch die Kühlmitteltemperatur beeinflußten Ventilbetätigung vereinigt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und wird im folgenden
näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein geschlossenes Thermostatventil im Querschnitt;
Fig. 2 den Ventilkörper mit dem Schließkörper des Thermostatventils gemäß Fig. 1 in
vergrößerter Darstellung;
Fig. 3 den Ventilkörper und den Schließkörper gemäß Fig. 2 in geöffneter Stellung;
Fig. 4 eine Durchflußmengen-Charakteristik des erfindungsgemäßen Thermostatventils.
In der Zeichnung ist mit 1 ein Thermostatventil bezeichnet. Das Thermostatventil 1 ist zur
Anordnung in einem in der Zeichnung nicht dargestellten Kühlsystem einer
Verbrennungskraftmaschine bestimmt, das einen Motorkühler und ggf. außerdem einen
Wärmetauscher einer Heizung aufweist. Das Thermostatventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2
auf, in das ein Einlaß 3 für das Kühlmittel einmündet und an dem ein Anschlußstutzen 4 für
den Austritt des Kühlmittels in das in der Zeichnung nicht dargestellte Kühlsystem einer
Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist. Der Einfaß 3 mündet in einen Durchlaß 5 des
Thermostatventils 1 ein, in dem ein Ventilsitz 6 angeordnet ist. In der Schließstellung des
Thermostatventils 1 liegt ein im Ventilgehäuse 2 angeordneter Ventilkörper 7, wie in der
Fig. 1 dargestellt, mit seinem Dichtelement 8 auf dem Ventilsitz 6 auf. Im Bereich des
Ventilsitzes 6 sind an dessen Umfang verteilt Überströmnuten 26 mit kleinem
Überströmquerschnitt angeordnet.
In dem Ventilgehäuse 2 ist ein Stellglied 9 angeordnet, das in einem Gehäuseeinsatz 10
axial verstellbar geführt ist. Das Stellglied 9 ist rückseitig mit einer Spindel 11 versehen, auf
der eine im Gehäuseeinsatz 10 und im Ventilgehäuse 2 positionierte Spindelmutter 12
geordnet ist. In die Spindelmutter 12 greift ein Antriebsritzel 13 eines kennfeldgesteuerten
Stellmotors 14 ein.
Wie insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, ist in einem hohlzylinderförmigen
Ansatz 15 des Stellgliedes 9 der Ventilkörper 7 mit einem Führungsansatz 16 geführt. In
dem hohlzylinderförmigen Ansatz 15 ist ein Mitnehmer 16 angeordnet, der in eine Kulisse
17, die am Führungsansatz 16 des Ventilkörpers 7 angeordnet ist, eingreift. Die Kulisse 17
weist einen Anschlag 18 für den Mitnehmer 16 des hohlzylinderförmigen Ansatzes 15 des
Stellgliedes 9 auf.
In dem hohlzylinderförmigen Ansatz 15 des Stellgliedes 9 ist koaxial ein Schließkörper 18
angeordnet, der mit einer Überströmöffnung 19 des Ventilkörpers 7 korrespondiert. Der
Schließkörper 18 des Stellgliedes 9 ist an seinem Umfang mit einem Dichtelement 20
versehen, das in dessen Schießstellung innerhalb der Überströmöffnung 19 positioniert ist.
Das Dichtelement 20 liegt dann an einer Innenwandung 21 der Überströmöffnung 19
abdichtend an. Eine durch den Ventilkörper 9 hindurchgeführte Bohrung 22 verbindet die
Überströmöffnung 19 unterseitig mit dem Durchlaß 5 des Thermostatventils 1. Zwischen
dem Stellglied 9 und dem Ventilkörper 7 ist eine in dessen Schließrichtung wirksame
Druckfeder 23 angeordnet.
Unterhalb des Ventilkörpers 7 ist ein Dehnwachselement 24 angeordnet, das im
Ventilgehäuse 2 befestigt ist. Ein Arbeitsstift 25 des Dehnwachselementes 24 liegt in der in
Fig. 1 dargestellten Schließstellung des Thermostatventils 1 unterseitig auf dem
Ventilkörper 7 auf.
In der Fig. 1 ist das Thermostatventil 1 in seiner Schließstellung dargestellt, in der dessen
Ventilkörper 7 mit seinem Dichtelement 8 auf dem Ventilsitz 6 des Durchlasses 5 aufliegt.
Außerdem greift der Schließkörper 18 des Stellgliedes 9 in die Überströmöffnung 19 des
Ventilkörpers 7 ein und verschließt die Überströmöffnung 19. Der Ventilkörper 7 liegt im
übrigen auf dem Arbeitsstift 25 des Dehnwachselementes 24 auf.
Sofern das Stellglied 9 mittels des Stellmotors 14, der über sein Ritzel 13, die Spindelmutter
12 und die Spindel 11 einwirkt, nach oben bewegt wird, so wird die Überströmöffnung 19
geöffnet. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich, gibt der Schließkörper 18, d. h. dessen
Dichtelement 20, in dem dieses sich von der Innenwandung 21 der Überströmöffnung 19
entfernt, diese frei. Dabei wird anfänglich ein sehr kleiner Überströmquerschnitt geöffnet,
der sich insbesondere auch aus dem kleinen Durchmesser der Überströmöffnung 19 ergibt.
In der in der Fig. 3 dargestellten Stellung des Schließkörpers 18 ist die Überströmöffnung
19 voll geöffnet. Dann legt sich aufgrund der Aufwärtsbewegung des Stellgliedes 9, d. h.
des hohlzylinderförmigen Ansatzes 15 der Mitnehmer 19 auf den Anschlag 18 der Kulisse
17 im Führungsansatz 16 des Ventilkörpers 7.
Sobald eine weitere Aufwärtsbewegung des Stellgliedes 9 erfolgt, so wird auch der nach Art
eines Schleppkolbens mit dem Stellglied 9 verbundene Ventilkörper 7 nach oben bewegt
und hebt mit seinem Dichtelement 8 vom Ventilsitz 6 ab. Als Folge wird der Durchlaß 5 des
Thermostatventils 1 in Abhängigkeit vom Stellweg des Stellgliedes 9 geöffnet. Anfänglich
strömt dabei das Kühlmittel im Durchlaß 5 über die Überströmnuten 26 über. Aufgrund des
großen Durchmessers des Ventilsitzes 6 ist es hier jedoch nicht zu vermeiden, daß bereits
beim Beginn des Abhebens des Ventilkörpers 7 vom Ventilsitz 6 eine relativ große Menge
Kühlmittel überströmt. Dieses ist auch durch die Anordnung der Überströmnuten 24 im
Bereich des Ventilsitzes 6 unvermeidbar.
Sofern die Kühlmitteltemperatur die obere Grenze des Normalbereichs der Temperatur
überschreiten sollte, weil die kennfeldgesteuerte Regelung nicht ordnungsgemäß arbeitet,
so bewegt sich der Arbeitsstift 25 des Dehnwachselementes 24 aufgrund der Ausdehnung
des Wachses gegen den den Durchlaß 5 versperrenden Ventilkörper 7 und schiebt diesen
nach oben. Der Ventilkörper 7 hebt dann mit seinem Dichtelement 8 vom Ventilsitz 6 ab, so
daß der Durchlaß 5 freigegeben wird. Das Kühlmittel kann folglich auch im Störungsfall das
Thermostatventil 1 passieren. Eine Schädigung bzw. ein Ausfall der
Verbrennungskraftmaschine wird so sicher vermieden.
Insgesamt wird durch die erfindungsgemäße Anordnung einer im Ventilkörper 7
vorgesehenen zusätzlichen Überströmöffnung 19 kleinen Durchmessers, deren
Öffnungsquerschnitt durch die Position des Schließkörpers 18 bestimmt wird, erreicht, daß
am Anfang der Stellbewegung des Stellgliedes 9 ein sehr fein dosierbares Überströmen
geringer Mengen Kühlmittel erfolgt. In der Fig. 4 ist die Durchflußmengen-Charakteristik
des erfindungsgemäßen Thermostatventils 1 dargestellt. Hier ist ersichtlich, daß am Anfang
der Stellbewegung des Stellgliedes 9 ein sehr fein dosierbares Überströmen geringer
Mengen Kühlmittel erfolgt. Mit dem Öffnen des Durchlasses 5 gelangen dann zunehmend
größere Mengen Kühlmittel, entsprechend dem Bedarf des Kühlsystems über den Durchlaß
5 in den Auslaßstutzen 4 des Thermostatventils 1. Diese Charakteristik, die den geringen
Bedarf an Kühlmittel im Teillastbereich und bei niedrigen Umgebungstemperaturen
berücksichtigt, wurde erzielt, indem erfindungsgemäß eine zusätzliche Überströmöffnung 19
mit einem im Vergleich zum Durchlaß 5 kleinem Durchmesser angeordnet wurde. Aus dem
kleinen Durchmesser der Überströmöffnung 19 ergibt sich der Effekt, daß am Anfang der
Stellbewegung des Stellgliedes 9 in vorteilhafter Weise stets ein sehr kleinen
Öffnungsquerschnitt freigegeben wird. Der vergleichsweise große Durchmesser des
Durchlasses 5 ermöglicht im weiteren Verlauf der Stellbewegung des Stellgliedes 9 das
dann erforderliche Überströmen der erforderlichen großen Menge Kühlmittel.
Claims (7)
1. Verfahren zur Regelung der Temperatur des Kühlmittels eines Kühlsystems von
Verbrennungskraftmaschinen, bei dem mit Hilfe eines Thermostatventils (1) der
Durchfluß des Kühlmittels durch einen Motorkühler geregelt wird, wobei über ein
Stellglied (9) eine kennfeldgesteuerte Betätigung eines in einem Durchlaß (5) des
Thermostatventils (1) angeordneten Ventilkörpers (7) vorgesehen ist, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Stellbewegung des Stellgliedes (9) zuerst eine
Überströmöffnung (19) und dann den Durchlaß (5) des Thermostatventils (1) öffnet,
wobei der Überströmquerschnitt der Überströmöffnung (19) stets kleiner ist als der
kleinste realisierbare Überströmquerschnitt des Durchlasses (5), derart, daß am Anfang
der Stellbewegung ein sehr fein dosierbares Überströmen von geringer Mengen
Kühlmittel erfolgt.
2. Thermostatventil (1) zur Regelung der Temperatur des Kühlmittels eines Kühlsystems
von Verbrennungskraftmaschinen, bei dem in einem Durchlaß (5) eines Ventilgehäuses
ein gegen eine Dichtfläche (6) des Ventilgehäuses (2) bewegbarer Ventilkörper (7)
angeordnet ist, der einem kennfeldgesteuerten Antrieb mit einem Stellglied (9) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß am Stellglied (9) ein mit einer im Ventilkörper (7)
vorgesehenen Überströmöffnung (19) korrespondierender Schließkörper (18) angeordnet
ist, daß der wirksame Öffnungsquerschnitt der Überströmöffnung (19) kleiner ist als der
kleinste realisierbare Öffnungsquerschnitt des Durchlasses (5) des Ventilgehäuses (2)
und daß der Ventilkörper (7) am Stellglied (9) als Schleppkolben angeordnet sowie
zwischen dem Stellglied (9) und dem Ventilkörper (7) eine in Schließrichtung des
Ventilkörpers (7) wirksame Druckfeder (23) angeordnet ist, wobei eine Stellbewegung
des Stellgliedes (9) zuerst die Überströmöffnung (19) und dann den Durchlaß (5) öffnet,
derart, daß am Anfang der Stellbewegung ein sehr fein dosierbares Überströmen
geringer Mengen Kühlmittel erfolgt.
3. Thermostatventil (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (9)
einen Mitnehmer (16) aufweist, der in eine Kulisse (17) des Ventilkörpers (7) mit einem
Anschlag (16) eingreift, derart, daß bei einer Stellbewegung des Stellgliedes (9) zuerst
der Schließkörper (18) die Überströmöffnung (19) freigibt, dann der Mitnehmer (16)
gegen den Anschlag (16) bewegt wird und schließlich der Ventilkörper (7) von seiner
Dichtfläche (6) abgehoben wird.
4. Thermostatventil (1) nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schließkörper (18) des Stellgliedes (9) an seinem Umfang mit einem Dichtelement (20)
versehen ist das in seiner Schießstellung in der Überströmöffnung (19) positioniert ist.
5. Thermostatventil (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement
(20) als O-Ring ausgebildet ist.
6. Thermostatventil (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Überströmöffnung (19) zentrisch im Ventilkörper (7) angeordnet
ist.
7. Thermostatventil (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (7) mit einem Dehnwachselement (24) in
Wirkverbindung steht, derart, daß dessen Arbeitsstift (25) den Ventilkörper (7) gegen die
Kraft der Druckfeder (23) von der Dichtfläche (6) abheben kann, sofern eine
vorgegebene Kühlmitteltemperatur überschritten wird, bei der das Thermostatventil (1) im
Normalfall durch die Kennfeldsteuerung bereits geöffnet ist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE29923518U DE29923518U1 (de) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | Thermostatventil zur Regelung der Temperatur des Kühlmittels eines Kühlsystems von Verbrennungskraftmaschinen |
DE1999105466 DE19905466A1 (de) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | Verfahren zur Temperaturregelung des Kühlmittels von Verbrennungskraftmaschinen und ein dazu verwendetes Thermostatventil |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1999105466 DE19905466A1 (de) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | Verfahren zur Temperaturregelung des Kühlmittels von Verbrennungskraftmaschinen und ein dazu verwendetes Thermostatventil |
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Publication Number | Publication Date |
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DE19905466A1 true DE19905466A1 (de) | 2000-08-24 |
Family
ID=7897017
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1999105466 Withdrawn DE19905466A1 (de) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | Verfahren zur Temperaturregelung des Kühlmittels von Verbrennungskraftmaschinen und ein dazu verwendetes Thermostatventil |
Country Status (1)
Country | Link |
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Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8130 | Withdrawal | ||
8165 | Unexamined publication of following application revoked |