DE2029590B2 - Vorrichtung zur regelung der bauteiltemperatur einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

ίο Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Bauteiltemperatur einer Brennkraftmaschine, bei der ein die Kühlung veränderndes Organ durch einen Temperaturfühler beeinflußt wird, der zugleich von der Temperatur des Kühlmittels und der Abgase der Brennkraftmaschine beaufschlagt wird.

Eine solche Vorrichtung ist für luftgekühlte Brennkraftmaschinen bereits durch die Zeitschrift »Krafthand« 1969, Heft 4, Seiten 137 bis 139 bekannt. Durch sie soll erreicht werden, daß bei wechselnder Last, Drehzahl und Umgebungstemperatur die Bauteiltemperatur der Brennkraftmaschine, insbesondere die Temperaturen der Arbeitsraumwände, auf einem möglichst konstanten Wert gehalten werden, um eine gute Verbrennung und Verminderung des Verschleißes zu erhalten. Mit anderen Worten, handelt es sich hierbei um eine nahezu optimale Kühlung.

Die bekannte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem am Ende des Abgas-Sammelrohres eingebauten, in die Ölversorgungsleitung zu der hydraulischen Kupplung des Kühlluftgebläses zwischengeschalteten Abgasthermostat. Durch Regulierung des ölstromes, welche über ein im Abgasthermostat angeordnetes, von der Temperatur der Abgase und der Kühlluft gesteuertes Kugelventil erfolgt, werden die Umdrehungen des Kühlluftgebläses und damit die Kühlwirkung in der gewünschten Weise beeinflußt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine einfache, ohne Hilfsenergie arbeitende Regelvorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, durch die auch bei flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen in jedem Betriebsbereich eine nahezu optimale Kühlung erreicht wird.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei Anwendung für flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen der Temperaturfühler in einem oder in mehreren Hohlräumen ein unter Temperatureinfluß sich ausdehnendes oder verdampfendes Medium enthält, das über eine Rohrleitung auf einen Arbeitsfaltenbalg wirkt, der dadurch das die Kühlmitteltemperatur beeinflussende Organ betätigt.

Der Arbeitsfaltenbalg icann in das die Kühlmitteltemperatur beeinflussende Organ mit eingebaut werden, so daß er — ähnlich wie bei den üblichen Kühlwasserthermostaten — vom Kühlmittel umspült wird. Dadurch wirkt der Druck im Kühlsystem von außen auf den Arbeitsfaltenbalg, wodurch Störungen im Betrieb auftreten können. Diese Störungen können dadurch vermieden werden, daß nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Einfluß der Druckschwankungen im Kühlsystem auf den Arbeitsfaltenbalg durch Gegenkopplung eines gleichartigen Faltenbalgs kompensiert wird, der von einer Seite her ebenfalls vom Kühlmittel beaufschlagt wird, auf der anderen Seite mit

Die Beaufschlagung des Temperaturfühlers durch das Kühlmittel kann durch eine Rohr- bzw. Schlauchleitung, in den ein Teilstrom des Kühlmittels fließt, erfolgen. Eine kompakte Ausführung ergibt sich nach einer

weiteren Ausgestaltung der Erfindung, bei der der Temperaturfühler unmittelbar an der Außenwand eines Kühlmittelraumes der Brennkraftmaschin» angeordnet ist, so daß die Beaufschlagung des Temperaturfühlers durch die Kühlmitteltemperatur entweder über Wandkontakt erfolgt oder dadurch, daß der Temperaturfühler über Durchbrüche in der Außenwand des Kühlmittelraumes, die er abschließt, vom Kühlmittel bespült wird.

Beim Einsatz eines automatischen Reglers; muß gewährleistet sein, daß bei auftretenden Störungen (in diesem Fall vor allem Undichtheiten) auf volle Kühlung geschaltet wird, um eine Beschädigung der Brennkraftmaschine durch Überhitzung zu vermeiden. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wirkt eine vorgespannte Feder am die Kühlmitteltemperatur beeinflussenden Organ so gegen die Kraft des Ausdehnungsmediums, daß die Feder das Organ auf volle Kühlung schaltet, wenn infolge eines Lecks Ausdehnungsmedium entweicht bzw. bei Betrieb des Systems im Unterdruckbereic.h Luft einströmt.

Bei niederen Teillasten bzw. bei Leerlauf braucht die Brennkraftmaschine eine sehr hohe Kühlmitteltemperatur, aber gerade bei diesen Betriebsumständen wird so wenig Wärme in der Maschine erzeugt, daß sich eine genügend hohe Kühlmitteltemperatur nicht von selbst einstellt. Deshalb wird nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zur Erhöhung der Kühlmitteltemperatur bei niederen Teillasten und Leerlauf durch ein -om Temperaturfühler beeinflußtes Organ dem Motor Kühlmittel aus einem an sich bekannten Kühlmittelheißreservoir zugeführt, das bei hohen Lasten von den Abgasen aufgeheizt wird.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine, deren Kühlmittelzulauftemperatur durch ein von einem Temperaturfühler beeinflußten Mischventil bestimmt wird,

Fig.2 dieselbe Maschine, wie in Fig. 1, jedoch mit einem Mischventil, das mit einem zweiten Metallbalg zur Kompensation des Drucks im Kühlsystem auf den Arbeitsmetallbalg und mit einer Feder, die das Mischventil beim Leckwerden eines der Pegelorgane auf volle Kühlung schaltet, ausgestattet ist,

Fig.3 dieselbe Maschine wie Fig.2, jedoch mit einem besonders gestalteten Mischventil,

Fig.4 dieselbe Maschine wie in Fig. 1, jedoch mit einem von den Abgasen beheizten Kühlmittelheißreservoir,

Fig.5 dieselbe Maschine wie in Fig.4, jedoch mit einem besonders gestalteten Mischventil und einer besonderen Schaltung der Flüssigkeitskreisläufe.

Die in Fig. 1 dargestellte 4-Zylinder-Brennkraftmaschine 1 mit dem Auspuffkrümmer 2 wird durch einen Kühlmittelkreislauf gekühlt, der durch eine Pumpe 3 umgewälzt wird und der bei 4 in den Kühlmantel der Brennkraftmaschine eintritt und ihn bei 5 wieder verläßt. Der Kühlmittelstrom wird durch ein Mischventil 6 so beeinflußt, daß er wahlweise in der einen hier gezeichneten Endstellung des Mischventil bei der die Öffnung des unteren Zwischenbodens 7 durch den unteren Ventilteller 8 ganz geschlossen ist, über die Rohrleitungen 9, 10 und Jt ungekühlt wieder dem Motor zugeführt wird oder in der anderen Endstellung, bei der die öffnung des oberen Zwischenbodens 12 durch den oberen Ventilteller 13 ganz verschlossen ist, über die Rohrleitungen 14 und 15 und den Kühler 16 fließt. In Zwischenstellungen des Mischventils werden 2 Kühlmittelströme von den Rohrleitungen 10 und 15 kommend gemischt und über die Rohrleitung 11 der Brennkraftmaschine 1 bei 4 zugeführt. Die beiden Ventilteller 8 und 13 werden über die Schubstange 17 und einen Arbeitsmetallbalg 18 als Arbeitsorgan durch den Druck der Verdampfungsflüssigkeit im Hohlraum 19 eines Temperaturfühlers 20 bewegt. Der Hohlraum 19 steht über die Druckleitung 21 mit dem Arbeitsmetallbalg in Verbindung.

Der Temperaturfühler 20 wird von den Abgasen der Brennkraftmaschine im Kanal 22 durchströmt und dadurch aufgeheizt, ein Kühlmittelteilstrom fließt über die Leitungen 23 und 24 durch einen Kühlraum 25 des Fühlers 20. Dadurch wird der Fühler ähnlich einer Arbeitsraumwand der Brennkraftmaschine 1 von einer Seite beheizt und von der anderen gekühlt, so daß sich im Fühler 20 eine Temperatur einstellt, die der Arbeitsraum wandtemperatur entspricht.

F i g. 2 zeigt dieselbe Maschine mit Kühlflüssigkeitskreisläufen wie in Fig. 1, jedoch ist in dem Mischventil 26 ein zweiter gleichartiger Metallbalg 27 angebracht, der mit seinem Innenraum mit der Atmosphäre in Verbinduiig steht und der den Einfluß des Druckes im Kühlsystem auf den Arbeitsmetaübalg 18 kompensiert. Des weiteren greift an der Schubstange 28 eine Feder 29 an, die eine Zugkraft nach oben ausübt. Die das Verdampfungsmedium enthaltenden Organe, der Hohlraum 19 im Temperaturfühler 20, der Arbeitsmetallbalg ISi und die Druckleitung 21 sind evakuiert, so daß, solange der Temperaturfühler 20 (und damit auch die Verdampfungsflüssigkeit im Hohlraum 19) kalt ist, die Schubstange 28 mit den beiden Ventiltellern 8 und 13 durch Unterdruck im Arbeitsmetallbalg 18 entgegen eier Zugkraft der Feder 29 in der gezeichneten unteren Endstellung gehalten wird, in der das Kühlmittel im Kurzschluß über die Rohrleitungen 9, 10 und 11 der Brennkraftmaschine wieder zuströmt.

Bei höheren Temperaturen steigt der Druck der Verdampfungsflüssigkeit im Hohlraum 19 des Temperaturfühlers 20 und damit auch im Arbeitsmetallbalg 18, so daß die Feder 29 die Zugstange 28, je nach der Temperatur des Temperaturfühlers 20, nach oben zieht, bis in der hier nicht gezeichneten Endstellung der gesamte, von der Brennkraftmaschine 1 über die Rohrleitung 9 kommende Kühlmittelstrom über die Leitung 14 durch den Kühler 16 fließt und über die Rohrleitungen 15 und 11 und dem Mischventil 6 wieder der Brennkraftmaschine zugeführt wird.

Wird nun eines der das Verdampfungsmedium enthaltenden Organe, also der Hohlraum 19 im Temperaturfühler 20, die Druckleitung 21 oder der Arbeitsmetallbalg 18 undicht, so strömt Luft tin, dadurch herrscht im Arbeitsmetallbalg 18 Atmosphärendruck und die Feder 29 zieht die Schubstange 28 mit den beiden Ventiltellern 8 und 13 in die obere Endstellung, bei der das gesamte Kühlmittel über den Kühler fließt. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Brennkraftmaschine bei einer Beschädigung der Regelorgane keine Schaden durch Überhitzen erleiden kann.

Darüberhinaus kann durch Einstellen der Kraft der Feder 29 bei einem bestimmten Verdampfungsmedium genau die Temperatur des Temperaturfühlers 20 vorgegeben werden, von der an das Mischventil von Kühlmittelkurzschlußkreislauf auf Kühlung über den Kühler schaltet.
Wenn das Regelsystem, bestehend aus Temperatur-

fühler 20, Druckleitung 21 und Mischventil 6 im Unterdruckbereich arbeitet, so steht für die Betätigung des Mischventils eine maximale Druckdifferenz von weniger als 1 at zur Verfügung. Legt man nun Wert auf kleine Abmessungen des Arbeitsmetallbalgs, so ist es $ vorteilhaft, im Überdruckbereich zu arbeiten, da ja hier wesentlich höhere Druckkräfte erzeugt werden können.

Die F i g. 3 zeigt dieselbe Verbrennungskraftmaschine mit Regelsystem wie Fig.2, jedoch mit einem Sicherheits-Mischventil 30, das für das Arbeiten mit Überdruck ausgelegt ist

Eine Feder 31 drückt von oben auf die Schubstange 28, die gegen diese Federkraft durch die Verdampfungsflüssigkeitsfüllung im Hohlraum 19 des Temperaturfühlers 20, in der Druckleitung 21 und im Arbeitsmetallbalg 18 bei kaltem Temperaturfühler in der gezeichneten Stellung gehalten wird. Zur Justierung dieser Stellung, bei der das Kühlmittel im Kurzschluß wieder dem Motor zugeführt wird, dient ein weiterer Einstellmetallbalg 32, dessen Volumen durch eine Einstellschraube 33 verändert werden kann und der über die Leitung 34 mit der Druckleitung 21 und somit mit dem gesamten Regelsystem in Verbindung steht

Hat der Temperaturfühler 20 eine bestimmte Temperatur erreicht, so wird durch den ansteigenden Druck die Schubstange 28 mit den Ventiltellern 35, 36 und 37 vom Arbeitsmetallbalg 18 gegen die Druckkraft der Feder 31 nach oben bewegt, bis in einer Endstellung der Ventilteller 36 am oberen Zwischenboden 12 des Mischventils 30 anliegt und die öffnung des unteren Zwischenbodens 7 vom Ventilteller 35 voll freigegeben ist In dieser Stellung wird das gesamte Kühlmittel vom Motor kommend über den Kühler geleitet

Beim Leckwerden eines der Organe, die Verdampfungsflüssigkeit enthalten, strömt Verdampfungsflüssig- keit aus und die Schubstange 28 mit den Ventiltellern wird durch die Feder 31 nach unten gedruckt Der untere Ventilteller 35 tritt durch den unteren Zwischenboden 7 hindurch und gibt dessen öffnung dadurch wieder frei, bis in einer unteren Endstellung der Ventilteller 37 am oberen Zwischenboden 12 anliegt und ihn dadurch verschließt In dieser Endstellung strömt wiederum das gesamte Kühlmittel über den Kühler.

F i g. 4 zeigt dieselbe Brennkraftmaschine mit Regelsystem wie Fig. 1, jedoch mit einer etwas anderen räumlichen Anordnung des Temperaturfühlers 20 und mit einem Heißreservoir 38 in der Kühlmittelkurzschlußleitung 10, in dem durch einen Abgasstrorn Kühlmittel aufgeheizt wird. Dieses Kühlmittelheißreservoir 38 wird durch ein Dehnstoffelement 39 thermostat!- so siert, das über die Hebel 40, 41 und 42 und die Abgasklappe 43 das Abgas wahlweise durch die Abgasleitung 44 im Kühlmittel-Heißreservoir 38 oder über die Abgasleitung 45 strömen läßt

Bei der Anordnung des Kühlmittel-Heißreservoirs nach F i g. 4 fließt in Zwischenstellungen des Mischventils 6 gleichzeitig Kühlmittel sowohl über das Heißreservoir 38 als auch über den Kühler 16. Im Mischventil werden beide Teilströme gemischt und über die Zuströmleitung 11 der Brennkraftmaschine zugeführt Es wird also, außer in der oberen Endstellung des Mischventils, bei der der gesamte Kuhlmittelstrom über den Kühler fließt, ständig Kühlmittel aus dem Heißreservoir 38 verbraucht und gleichzeitig wird durch den Kühler 16 gekühlt was im Hinblick auf den Wärmehaushalt im Heißreservoir unvorteilhaft ist, weil dann bei Leerlauf das Kühlmittel im Heißreservoir unter Umständen nicht heiß genug ist

Besser ist es, das Kühlmittel über eine Kurzschlußleitung umzuwälzen und nur im Bedarfsfall Kühlmittel entweder aus dem Heißreservoir oder aus dem Kühler zuzumischen. Dadurch wird viel weniger Kühlmittel aus dem Heißreservoir verbraucht wodurch dieses viel leichter heiß zu halten ist

Eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Regelsystem ist in Fig.5 dargestellt Wie in Fig.4 wird ein thermostatisiertes Kühlmittelheißreservoir von den Abgasen aufgeheizt Das Mischventil 46 ist mit 3 Zwischenboden 47,48,49 ausgestattet deren öffnungen von den Ventilzylindern 50 und 51 je nach der Stellung des Arbeitsmetallbalgs 18 und damit der Schubstange 52 verschlossen oder freigegeben werden.

In der gezeichneten Mittelstellung fließt das Kühlmittel über die Kurzschlußleitung 10 von der Brennkraftmaschine kommend über die Zuführleitung 11 wieder dem Motor zu. Wird der Temperaturfühler 20 kälter, so sinkt der Druck im Regelsystem und die Schubstange 52 mit den Ventilzylindern 50 und 51 bewegt sich nach unten, wobei der untere Ventilzylinder 50 in die öffnung des unteren Zwischenbodens 47 eintaucht und diese dadurch verschlossen bleibt der obere Ventilzylinder 51 aber die öffnung des oberen Zwischenbodens 49 freigibt und die öffnungen des mittleren Zwischenbodens 48 allmählich verschließt Dadurch strömt Kühlmittel auch über das Heißreservoir 35 und wird an der Stelle 53 dem in der Rohrleitung 11 dem Motor zuströmenden Kühlmittel beigemischt In einer unteren Endstellung sitzt der obere Ventilzylinder 51 am mittleren Zwischenboden 48 auf, die Öffnung des unteren Zwischenbodens 47 ist durch die Oberkante des unteren Ventilzylinders 50 gerade noch verschlossen und der gesamte Kühlmittelstrom Hießt über das Kühlmittelheißreservoir 38. Wenn nun der Temperaturfühler zu heiß wird, wird die Schubstange 52 durch den Dampfdruck aus der gezeichneten Mittellage nach oben bewegt wodurch der obere Ventilzylinder 51 in die öffnung des oberen Zwischenbodens 49 eintaucht und dadurch verschlossen hält, der untere Ventilzylinder 50 aber die öffnung des unteren Zwischenbodens 47 freigibt und die öffnung des mittleren Zwischenbodens 48 mit seiner Oberkante allmählich verschließt Dadurch strömt Kühlmittel auch über den Kühler 16 und wird im Mischventil 46 mit dem über die Kurzschlußleitung 10 direkt vom Motor kommenden Kühlmittel vermischt In einer oberen Endstellung sitzt der untere Ventilzylinder 50 am mittleren Zwischenboden 48 auf, die öffnung des oberen Zwischenbodens 49 ist durch die Unterkante des oberen Ventilzylinders 51 gerade noch verschlossen. In dieser Stellung fließt das gesamte Kühlmittel über den Kühler 16.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Regelung der Bauteiltemperatur einer Brennkraftmaschine, bei der ein die Kühlung veränderndes Organ durch einen Temperaturfühler beeinflußt wird, der zugleich von der Temperatur des Kühlmittels und der Abgase der Brennkraftmaschine beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung für flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen der Temperaturfühler (20) in einem oder in mehreren Hohlräumen (19) ein unter Temperatureinfluß sich ausdehnendes oder verdampfendes Medium enthält, das über eine Rohrleitung (21) auf einem Arbeitsfaltenbalg (13) wirkt, der dadurch das die Kühlmitteltemperatur beeinflussende Organ (6) betätigt (Fig.l).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (20) unmittelbar an der Außenwand eines Kühlmittelraumes der Brennkraftmaschine angeordnet ist, so daß die Beaufschlagung des Temperaturfühlers durch die Kühlmitteltemperatur über Wandkontakt erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Arbeitsfaltenbalg so im Inneren eines die Kühlmitteltemperatur beeinflussenden Organs sitzt, daß er vom Kühlmittel umspült wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß von Druckschwankungen im Kühlsystem auf den Arbeitsfaltenbalg (18) durch Gegenkopplung eines gleichartigen Faltenbalgs (27), dessen Innenraum mit der Atmosphäre in Verbindung steht, kompensiert wird (F i g. 2 und 3).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine vorgespannte Feder am die Kühlmitteltemperatur beeinflussenden Organ gegen die Kraft des Ausdehnungsmediums wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (29, 31) das die Kühlmitteltemperatur beeinflussende Organ (26, 30) auf volle Kühlung schaltet, wenn infolge eines Lecks Ausdehnungsmedium entweicht bzw. bei Unterdruckbetrieb Luft einströmt (F i g. 2 und 3).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Feder (26, 31) einstellbar ist und dadurch die Temperatur des Temperaturfühlers variiert werden kann, von der an das die Kühlmitteltemperatur beeinflussende Organ im Betrieb von Kühlmittelkurzschlußkreislauf auf Kühlung über den Kühler schaltet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der bei kaltem Temperaturfühler die Stellung des die Kühlmitteltemperatur beeinflussenden Organs durch die Füllmenge des Ausdehnungsmediums im Arbeitsfaltenbalg (18) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllmenge des Ausdehnungsmediums im Arbeitsfaltenbalg (18) durch einen weiteren, in seinem Volumen durch eine Einstellschraube (33) variablen Einstellfaltenbalg verändert weiden kann, der über eine Rohrleitung (34) mit dem Arbeitsfaitenbalg (18) in Verbindung steht (F i g. 3).

7. Vorrichtung nach Anspruch I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Kühlmitteltemperatur aus einem an sich bekannten, von den Abgasen der Brennkraftmaschine beheizten Kühlmittelreservoir (38) dem Motor durch ein vom Temperaturfühler (20) beeinflußten Organ (6) nach Bedarf Kühlmittel zugeführt wird (F i g. 4).

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch den Temperaturfühler (20) beeinflußtes Organ (46) nur dann aus dem von den Abgasen beheizten Kühlmitielreservoir (38) Kühlmittel der Brennkraftmaschine (1) zuführt, wenn nicht gleichzeitig durch dieses Organ (46) Kühlmittel über den Kühler geleitet wird (F i g. 5).