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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung für ein Steuerorgan
eines Kraftfahrzeug-Wärmemotors
sowie auf ein Verfahren zur permanenten Kühlflüssigkeitsversorgung eines Wärmetauschers,
der zur Kühlung
eines solchen Steuerorgans bestimmt ist.
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Der
Antriebsmotor der Kraftfahrzeuge kann durch den Umlauf einer Kühlflüssigkeit,
in der Praxis Wasser, gekühlt
werden, das die Hauptbereiche des Motors durchquert, die gekühlt werden
sollen. Der Kühlkreislauf
umfasst hauptsächlich
eine Umlaufpumpe, die vom Motor angetrieben wird, und einen Kühler, der
von einem Wasser-Luft-Wärmetauscher gebildet
wird, der in der Lage ist, das von der Pumpe in Umlauf versetzte
Wasser zu kühlen.
Ein thermostatisches Ventil ist im Allgemeinen ebenfalls vorgesehen,
um den den Kühler
enthaltenden Teil des Hauptkühlkreislaufs
während
der Dauer des Kaltstarts zu isolieren, während dem eine übermäßige Kühlung des
Motors nicht erwünscht
ist. Das thermostatische Ventil öffnet
sich progressiv in Abhängigkeit von
der Temperatur des in Umlauf versetzten Wassers, das von dem Motor
nach der Startperiode erwärmt
wird.
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Der
Betrieb der Verbrennungsmotoren erfordert eine Kraftstoffversorgung
in den Zylindern des Motors sowie einen Auslass der Abgase, wobei
diese Vorgänge
mit Hilfe von Ventilen durchgeführt
werden, deren Bewegung allgemein von einem Verteilersystem gesteuert
wird, das an die Betriebsdrehzahl des Motors angepasst ist. Bei
manchen Verbrennungsmotoren ist vorgesehen, die Bewegung der verschiedenen
Ventile mit Hilfe eines als "camless" bezeichneten elektrohydraulischen
Systems zu steuern, bei dem die Bewegungen der verschiedenen Ventile
in Abhängigkeit
von einem Ventildiagramm gesteuert werden, wobei die Belastung des
Motors außerdem von
der Öffnungszeit
der Einlassventile geregelt wird.
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Die
von einem solchen Steuersystem der Ventile verbrauchte Leistung
führt allerdings
zu einer gewissen Anzahl von Nachteilen. Es muss insbesondere die
Steuervorrichtung entsprechend gekühlt werden können.
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Die
Kühlung
kann zum Beispiel durch einen Umlauf des Kühlwassers erhalten werden,
das im Hauptkühlkreislauf
des Motors fließt.
Die Hinzufügung
eines Wärmetauschers
in den Hauptkühlkreislauf
des Motors ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen hat jedoch den Nachteil,
dass die Kühlung
während
der Startphasen des Motors, wenn das thermostatische Ventil geschlossen
ist, und während
der normalen Betriebsphasen, in denen das thermostatische Ventil
offen ist, nicht richtig konstant erfolgt. Eine andere Lösung, die
darin besteht, einen unabhängigen
Kühlkreislauf
zu verwenden, erfordert außerdem
eine zusätzliche
elektrische Wasserpumpe und mindestens ein Elektroventil, was den
Gesamtaufbau verkompliziert und die Kosten sowie das Pannenrisiko
erhöht.
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Die
vorliegende Erfindung hat zum Gegenstand, diese Schwierigkeiten
zu beseitigen und die Kühlung
eines Steuerorgans eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors, zum Beispiel
des Steuersystems der Ventile, zu gewährleisten, das die konstante
und permanente Kühlung
unabhängig
vom Zustand des thermostatischen Ventils erlaubt.
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Die
Erfindung hat auch zum Gegenstand, einen Wärmetauscher permanent mit Kühlflüssigkeit zu
versorgen, die vom Hauptkühlkreislauf
des Motors kommt, und dies unabhängig
von der Stellung des thermostatischen Ventils.
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Die
erfindungsgemäße Kühlvorrichtung
ist dazu bestimmt, mit einem Steuerorgan eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors
zusammenzuwirken. Die Vorrichtung weist einen Hauptströmungskreislauf der
Kühlflüssigkeit
auf, der den Motor durchquert und eine Umlaufpumpe, ein thermostatisches
Ventil und einen Kühler
enthält.
Ein Wärmetauscher,
der in der Lage ist, das Steuerorgan zu kühlen, ist in einen Sekundärkreislauf
hinter dem Kühler
zwischen dem Kühler
und der Umlaufpumpe montiert. Eine Drossel ist parallel zum Wärmetauscher
in den Hauptkreislauf eingebaut. Auf diese Weise wird ein Zweig
des Sekundärkreislaufs,
der den Wärmetauscher
mit der Drossel verbindet, von der Kühlflüssigkeit in der einen oder
anderen Richtung durchquert, je nachdem, ob das thermostatische
Ventil offen oder geschlossen ist.
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Man
erhält
auf einfache Weise ein automatisches Umlenken der Versorgung des
Wärmetauschers
mit Kühlflüssigkeit.
Außerdem
wird der Wärmetauscher
mit Kühlflüssigkeit
auf einer niedrigeren Temperatur versorgt, wenn das thermostatische
Ventil offen ist, was am häufigsten
der Fall ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist ein Luftwärmetauscher,
der zur Erwärmung
der Fahrgastzelle des Fahrzeugs bestimmt ist, außerdem in den Hauptkreislauf
hinter dem thermostatischen Ventil montiert, wobei seine Rückleitung
vor der Drossel angeschlossen ist.
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In
einer bevorzugten Verwendung der Erfindung ist das Steuerorgan konzipiert,
um auf die Ventile des Motors einzuwirken.
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Die
Erfindung betrifft auch allgemeiner ein Verfahren zur permanenten
Versorgung eines Wärmetauschers
mit Kühlflüssigkeit,
der in einen Sekundärkreislauf
in Ableitung von einem Hauptströmungskreislauf
montiert ist, von dem ein Teil durch ein Schließventil isoliert werden kann.
Gemäß diesem Verfahren
wird eine Umkehr der Strömungsrichtung in
einem Zweig des Sekundärkreislaufs
automatisch in Abhängigkeit
von der Stellung des Schließventils mit
Hilfe eines Druckverlusts durchgeführt, der in einem Abschnitt
des Hauptkreislaufs erzeugt wird.
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In
einer bevorzugten Anwendungsform schließt sich das Ventil, wenn die
Temperatur der Kühlflüssigkeit
einen bestimmten Wert erreicht.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist besonders vorteilhaft, wenn der Wärmetauscher verwendet wird,
um ein Steuerorgan der Ventile eines Wärmemotors zu kühlen, insbesondere
in einem Kraftfahrzeug.
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Die
Erfindung wird besser verstanden werden anhand der Beschreibung
einer besonderen Ausführungsform,
die als nicht einschränkend
zu verstehendes Beispiel beschrieben und in den beiliegenden Zeichnung
dargestellt ist. Es zeigen:
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1 schematisch
eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung;
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2 den
Umlauf der Kühlflüssigkeit
in der in 1 gezeigten Vorrichtung, wenn
das thermostatische Ventil geschlossen ist; und
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3 schematisch
den Umlauf der Kühlflüssigkeit
in der in 1 gezeigten Vorrichtung, wenn das
thermostatische Ventil offen ist.
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So
wie sie in 1 schematisch dargestellt ist,
wird die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung
zusammen mit einem Wärmemotor
verwendet, der schematisch durch den gestrichelten Rahmen 1 dargestellt
ist. Der Wärmemotor 1 wird
von einem Wasserumlauf gekühlt,
das in einem Hauptströmungskreislauf 2 fließt, der
eine Umlaufpumpe 3, ein thermostatisches Ventil 4 und
einen Kühler 5 enthält, der außerhalb
des Motors 1 angeordnet ist. Der Kreislauf 2 kann
aufgrund des Vorhandenseins eines Füllbehälters 6, der als Ausgleichsgefäß dient
und in Ableitung über
die Kanäle 7 und 8 auf
den Luft-Wasser-Wärmetauscher
montiert ist, der den Kühler 5 bildet,
mehr oder weniger mit Kühlwasser
gefüllt
sein. Am Ausgang der Umlaufpumpe 3 durchquert das von der
Leitung 9 transportierte Kühlwasser das thermostatische
Ventil 4, dessen Öffnen
und Schließen
von einem Ausdehnungselement 4a gesteuert werden, auf das
die Temperatur des das thermostatische Ventil 4 durchquerenden
Wassers wirkt.
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Im
in 1 gezeigten Beispiel weist die Fahrgastzelle des
Kraftfahrzeugs, das mit dem Motor 1 ausgestattet ist, eine
Heizvorrichtung auf, die einen Lufterhitzer 10 in Form
eines Luft-Wasser-Wärmetauschers
enthält,
der mit dem Kühlwasser
des Hauptkreislaufs 2 versorgt wird, das über die
Leitung 11 direkt vom thermostatischen Ventil 4 kommt.
Der Ausgang des Lufterhitzers 10 ist über die Leitung 11a mit
einem Sekundärkreislauf 13 verbunden,
in den ein Wärmetauscher 14 montiert
ist, der in der Lage ist, das Steuersystem der verschiedenen Ventile
des Motors 1 zu kühlen,
wobei dieses System in der Figur nicht gezeigt ist. Die vom Lufterhitzer 10 kommende Ausgangsleitung 11a mündet am
Punkt 12 in einen Zweig 15 des Sekundärkreislaufs 13,
wobei der Zweig 15 eine Drossel 16 aufweist, die
in der Lage ist, einen Druckverlust in der Strömung zu erzeugen. Das in der
Leitung 11a am Ausgang des Lufterhitzers 10 strömende Wasser
trennt sich am Punkt 12 in zwei Flüsse, der erste über den
Zweig 15 und der zweite über einen Zweig 17 des
Sekundärkreislaufs 13.
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Der
Wärmetauscher 14 empfängt Kühlwasser über die
Leitung 18, die am Punkt 19 mit dem Zweig 17 verbunden
ist. Am Ausgang des Wärmetauschers 14 kommt
das Wasser über
die Leitung 20 hinter der Drossel 16 an den Punkt 21 zurück. Die Ausgangsleitung 22 der
Drossel 16 kommt zum Einlass der Umlaufpumpe 3 zurück, indem
sie den Motor 1 durchquert, um dessen entsprechende Bereiche
zu kühlen.
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In
der in 1 gezeigten Ausführungsform ist ebenfalls eine
Wechselstromlichtmaschine 23 dargestellt, die durch Wasserumlauf
gekühlt
und von der Leitung 24 versorgt wird, die an die Leitung 11a am Ausgang
des Lufterhitzers 10 angeschlossen ist, wobei das Kühlwasser,
nachdem es die Wechselstromlichtmaschine 23 durchquert
hat, über
die Leitung 25 zur Leitung 22 vor dem Einlass
der Umlaufpumpe 3 zurückkommt.
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Der
Kühlwasserumlauf
im Kühler 5 erfolgt
mit Hilfe der Versorgungsleitung 26, deren Eingang vom thermostatischen
Ventil 4 in Abhängigkeit
von der Temperatur des das Ventil 4 durchquerenden Kühlwassers
mehr oder weniger verschlossen wird. Das den Kühler 5 durchquert
habende Kühlwasser
kommt über
die Leitung 27 zum Zweig 17 des Sekundärkreislaufs 13 am
Punkt 19 zurück.
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Der
Betrieb der in 1 dargestellten Vorrichtung
wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 erläutert.
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Wenn
das thermostatische Ventil 4 geschlossen ist, d.h. während der
Kaltstartphase des Motors 1, dringt das Kühlwasser
nicht in die Leitung 26 ein und durchquert also nicht den
Kühler 5.
Dies ist in 2 in dünnen Strichen dargestellt.
Dagegen strömt
das von der Pumpe 3 in Umlauf versetzte Kühlwasser über die
Leitung 9 durch das Ventil 4, und dann über die
Leitung 11 durch den Lufterhitzer 10, wobei die
Leitungen, in denen das Kühlwasser zirkuliert,
in 2 mit breiteren Strichen dargestellt sind. Am
Ausgang des Lufterhitzers 10 wird das von der Leitung 11a kommende
Wasser in zwei Flüsse getrennt.
Der erste Fluss über
den Zweig 15 durchquert die Drossel 16, die einen
Druckverlust erzeugt, und kommt dann durch die Leitung 22 zur
Umlaufpumpe 3 zurück.
Der zweite Fluss kommt ebenfalls zur Umlaufpumpe 3 zurück, dieses
Mal über
den Zweig 17 und dann über
den Wärmetauscher 14,
indem er den Sekundärkreislauf 13 durchquert.
Dieser zweite Fluss vermeidet den Druckverlust aufgrund der Drossel 16.
Unabhängig
wird die Wechselstromlichtmaschine 23 von der Leitung 24 mit
vom Lufterhitzer 10 kommendem Kühlwasser versorgt.
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3 zeigt
die verschiedenen Strömungen in
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
wenn das elektrostatische Ventil 4 vollständig offen
ist. In diesem Fall fließt
die Gesamtheit des über
die Leitung 11a vom Lufterhitzer 10 kommenden
Kühlwassers über den
Zweig 15 durch die Drossel 16, um über die Leitung 22 zur
Umlaufpumpe 3 zurückzukommen.
Da das thermostatische Ventil 4 aber offen ist, fließt das Kühlwasser
ebenfalls in der Leitung 26, durchquert den Kühler 5 und
kommt über
die Leitung 27 bis zum Punkt 19 zurück, wo der
Fluss sich in zwei Teile teilt. Der erste Teil durchquert den Wärmetauscher 14 über den
Sekundärkreislauf 13,
ehe er über
die Leitung 22 zur Umlaufpumpe 3 zurückkommt.
Der zweite Teil fließt
dagegen durch den Zweig 17, durchquert die Drossel 16,
ehe er über
die Leitung 22 zur Umlaufpumpe 3 zurückkommt.
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Der
Umlauf des Wassers im Zweig 17 wurde also im Vergleich
zu demjenigen umgekehrt, der existierte, als das thermostatische
Ventil 4 geschlossen war, wie in 2 gezeigt.
Die Durchsatzmenge im Kühler 5 ist
hier maximal, wie im Wärmetauscher 14. Außerdem wird
der Wärmetauscher 14 von
Wasser durchquert, das vom Kühler 5 gekühlt wurde,
was die Kühlung
des Steuersystems der Ventile verbessert.
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Während der
progressiven Öffnungsphase des thermostatischen
Ventils 4 setzt sich der vom Lufterhitzer 10 kommende
Kühlwasserfluss
fort, wie in 2 gezeigt, aber der vom Kühler 5 kommende Kühlwasserfluss
beginnt, wie in 3 gezeigt. Der Kühlwasserdurchsatz
beginnt im Wärmetauscher 14 anzusteigen,
und der Fluss kehrt sich progressiv im Zweig 17 um. Man
stellt fest, dass diese Umkehr ab etwa 5% der Öffnung des thermostatischen
Ventils 4 stattfindet.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ermöglicht
es so, ein automatisches Umlenken der Fließrichtung im Zweig 17 des
Sekundärkreislaufs 13 zu erhalten,
wobei die Kühlwasserversorgung
des Wärmetauschers 14 entweder
durch vom Lufterhitzer 10 oder, wenn kein Lufterhitzer
vorgesehen ist, vom Hauptkühlkreislauf
kommendes Kühlwasser,
oder durch das vom Kühler 5 kommende
Kühlwasser
erfolgt, wenn das thermostatische Ventil 4 offen ist.
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Dieses
automatische Umlenken wird auf äußerst einfache
Weise erhalten, ohne die Hinzufügung irgendeiner
zusätzlichen
Elektropumpe oder irgendeines Elektroventils zu erfordern. Das Nichtvorhandensein
eines beweglichen Bauteils oder eines spezifischen Bestandteils
vermeidet jedes Pannenrisiko. Außerdem erfolgt die Versorgung
des Wärmetauschers 14 mit
Kühlwasser
permanent und mit Hilfe von vom Kühler kommendem Wasser, d.h.
nach dem Kühlen,
wenn das thermostatische Ventil offen ist, im Normalbetrieb des
Motors.
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Auch
wenn im dargestellten Beispiel das Hinzufügen eines Luftwärmetauschers 10 dargestellt
ist, ist es klar, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung auch in Abwesenheit
dieses Wärmetauschers
arbeiten kann, wobei das vom thermostatischen Ventil 4 kommende
Kühlwasser
dann direkt in den Sekundärkreislauf 13 zurückkommt.