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Die vorliegende Erfindung betrifft
die Kühlsysteme
von Kraftfahrzeugen in der Ausführung,
in der ein Heizsystem für
das Fahrzeug vom Motor des Fahrzeugs erzeugte Wärme nutzt, um eine Energiequelle
für die
Heizung bereitzustellen.
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Die Bereitstellung eines Heizsystems
für ein Fahrzeug,
bei dem Motorabwärme
vom Motor verwendet wird, um in einen Innenraum des Fahrzeugs eingeleitete
Luft zu erwärmen,
ist bekannt. In einem solchen Heizsystem nimmt ein Heizkreislauf
normalerweise heißes
Kühlmittel,
wenn es aus dem Motor austritt, aus dem Motorkühlsystem auf, leitet es durch einen
geeigneten Wärmetauscher
und führt
es zum Motorkühlkreislauf
an einer Position zurück,
die in Strömungsrichtung
vor einer motorangetriebenen Pumpe liegt, die dazu verwendet wird,
das Kühlmittel im
Motorkühlkreislauf
umzuwälzen.
In einer solchen Anordnung wird der Heizkreislauf im Bypass um den Motorkühler geführt, wobei
ein kombinierter Bypass- und Strömungsregelungsthermostat
verwendet wird, um die Strömung
durch den Motorkühler
und durch einen Bypasskreislauf zu regeln, der dafür angeordnet
ist, einen Bypass um den Motorkühler
bereitzustellen.
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Da die Kühlmittelpumpe in einem solchen System
vom Motor angetrieben wird, ist die Pumpenausgangsleistung von der
Drehzahl, mit der der Motor gerade läuft, abhängig, wobei die von der Pumpe gelieferte
Strömungsmenge
und der von der Pumpe erzeugte Druck sich beträchtlich voneinander unterscheiden,
und zwar abhängig
davon, ob sich der Motor im Leerlauf dreht oder mit einer hohen
Drehzahl arbeitet.
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Eine Folge, die sich aus dieser Veränderung der
Pumpenausgangsleistung ergibt, besteht darin, daß bei niedrigen Motordrehzahlen,
wenn das Fahrzeug beispielsweise in langsam fließendem Verkehr bewegt wird,
die Zufuhr an heißem
Kühlmittel
zum Heizkreislauf zu gering sein kann, um die dem Fahrzeuginnenraum
zugeführte
Luft zu erwärmen,
so daß kühle anstatt
warmer Luft zugeführt
wird.
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Aus der JP-A-61-201-816 ist die Bereitstellung
eines Motorkühlsystems
bekannt, mit dem eine verbesserte Heizwirkung und eine schnellere
Innenraumerwärmung
dadurch erreicht werden, daß ein Rückschlagventil
in einem Bypasskreislauf einer mit einem wärmeempfindlichen Ventil ausgestatteten Kühlvorrichtung
vorgesehen ist, um einen Kühlerkreislauf
zu schließen,
wenn die Kühlwassertemperatur
unter einer gegebenen Größe liegt,
sowie das Rückschlagventil
durch den Saugdruck einer Wasserpumpe zu öffnen und zu schließen, wobei
das Motorkühlsystem
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Ausführung entspricht.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Kühlsystem
in der erwähnten
Ausführung bereitzustellen,
in der ein verbessertes Heizsystem durch Veränderungen der Motordrehzahl
weniger beeinträchtigt
und der Zufluß an
heißem
Kühlmittel
in das Heizsystem verstärkt
wird.
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Die Erfindung stellt ein Kühlsystem
gemäß der Definition
des Anspruchs 1 bereit.
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In einer bevorzugten Anordnung beinhalten das
auf Temperatur reagierende Strömungsregelungsmittel
und das auf Temperatur reagierende Vorspannmittel einen Thermostaten,
und das auf Temperatur reagierende Strömungsregelungsmittel beinhaltet
auch ein Rücklaufventil,
wobei der Thermostat dazu dient, das Rücklaufventil in Reaktion auf
steigende Temperatur in der Bypassströmung zu öffnen, und so ausgelegt ist,
daß die
auf das Bypassventilelement einwirkende Federbelastung zunimmt,
wenn das Rücklaufventil
vom Thermostaten geöffnet
wird.
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Der Thermostat kann einen Thermostatkörper beinhalten,
wobei eine Hauptfeder dafür
angeordnet ist, dem Öffnen
des Rücklaufventils
durch Bewegung des Thermostatkörpers
entgegenzuwirken, wobei das auf Temperatur reagierende Vorspannmittel
auch eine Sekundärfeder
umfaßt,
die dafür
angeordnet ist, zwischen dem Bypassventilelement und dem Thermostatkörper so
zu wirken, daß eine
Bewegung des Thermostatkörpers
mit zunehmender Temperatur sowohl das Rücklaufventil gegen die Wirkung der
Hauptfeder öffnet
als auch die Federbelastung der Sekundärfeder auf das Bypassventilelement
erhöht.
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Das Bypassventil und das auf Temperatur
reagierende Strömungsregelungsmittel
können
in Form einer kombinierten Thermostat- und Bypassventileinheit vorgesehen
sein, wobei die Einheit ein Gehäuse
mit einer Rücklauföffnung,
einem Gehäuseauslaß und der
Bypasszuführungsöffnung umfaßt, wobei
der Thermostatkörper
dafür angeordnet
ist, das Rücklaufventil
an der Rücklauföffnung gegen
die Wirkung der Hauptfeder zu betreiben und das Bypassventilelement
durch die Sekundärfeder
zur Bypasszuführungsöffnung hin
vorzuspannen. Die Erfindung stellt in der Tat eine kombinierte Thermostat- und
Bypassventileinheit in einem Motorkühlsystem, wie im vorangegangenen
Absatz beschrieben, bereit, die das Bypassventil und das auf Temperatur
reagierende Strömungsregelungsmittel,
wie in diesem Absatz beschrieben, beinhaltet.
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Da die Sekundärfeder zwischen dem Bypassventilelement
und dem Thermostatkörper
wirkt, unterstützt
sie die Hauptfeder, und die Hauptfeder kann folglich leichter als
ansonsten notwendig ausgeführt
sein.
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Die Erfindung wird nunmehr beispielhaft
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben; dabei
sind:
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1 eine
schematische Darstellung eines Kühlsystems
für einen
Motor eines Kraftfahrzeugs und eines dazugehörigen Heizsystems gemäß der Erfindung;
und
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2 eine
Querschnittsansicht einer kombinierten Thermostat- und Bypassventileinheit
als Teil des Kühlsystems.
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Ein Fahrzeugmotorkühlsystem,
wie in 1 dargestellt,
umfaßt
einen luftgekühlten
Kühler
R, der durch einen Oberschlauch TH von einem Motor E aus von einer
heißen
Kühlmittelströmung durchströmt wird.
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Eine motorangetriebene Pumpe P befindet sich
in einer Rücklaufleitung
RL, um das Kühlmittel im
Kühlsystem
umzuwälzen.
Eine kombinierte Thermostat- und Bypassventileinheit 10 ist
zwischen einem vom Kühler
R kommenden Unterschlauch BH und der Rücklaufleitung RL positioniert,
um die durch den Kühler
R und einen Bypasskreislauf B erfolgende Kühlmittelströmung zu regeln.
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Ein Heizsystem, das einen Fluid/Luft-Wärmetauscher
H und einen Lüfter
F umfaßt,
gehört
zu einem Heizkreislauf des Kühlsystems
und nimmt zugeführtes
heißes
Kühlmittel
vom Oberschlauch TH des Kühlkreislaufs
auf, leitet es durch den Wärmetauscher
H und führt
es in Strömungsrichtung
hinter der kombinierten Bypass- und Thermostateinheit 10 zur Rücklaufleitung
RL des Kühlkreislaufs
zurück.
Mit einer solchen Anordnung umgeht der Heizkreislauf den Kühler R,
den Bypasskreislauf B und die Thermostateinheit 10 im Bypass,
um einen getrennten, jedoch miteinander in Verbindung stehenden
Strömungskreislauf
zu definieren.
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Der Wärmetauscher H ist mit mehreren Durchgängen ausgeführt, um
den ihn durchströmenden
heißen
Medien die maximale Wärmemenge
zu entziehen und sie auf die zu erwärmende Luft zu übertragen.
Eine solche Ausführung
führt jedoch zwangsläufig zu
einem Strömungsweg
mit wesentlich größerem Widerstand
als entweder im Kühler
R oder im Bypasskreislauf B. Immer wenn der Thermostat 10 bewirkt,
daß eine
Strömung
entweder durch den Kühler
R oder den Bypasskreislauf B erfolgen kann, wird daher der größte Teil
des Kühlmittels
zum Nachteil der durch den Wärmetauscher
H erfolgenden Strömung
durch diese Kreisläufe
geleitet. Obwohl dies kein Problem darstellt, wenn der Motor bei normalen
Fahrgeschwindigkeiten arbeitet, wird die Strömung durch den Wärmetauscher
H bei niedrigeren Fahrgeschwindigkeiten so reduziert, daß die Leistung
des Heizsystems beeinträchtigt
ist.
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Um dieses Problem zu überwinden,
ist die kombinierte Bypass- und Thermostateinheit so ausgelegt,
wie nachstehend beschrieben, daß die
Kühlmittelströmung durch
den Bypasskreislauf B verhindert wird, wenn der Druck im Bypasskreislauf
B unter einem vorbestimmten Niveau liegt.
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Wie insbesondere aus 2 ersichtlich, umfaßt die kombinierte Thermostat-
und Bypasseinheit ein eine Kammer definierendes Gehäuse 12,
einen ersten Fluidströmungseinlaß in Form
eines Rücklaufeintrittsrohrs 14 zur
Verbindung mit dem vom Kühler kommenden
Unterschlauch BH, einen zweiten Fluidströmungseinlaß in Form eines Bypassströmungseintrittsrohrs 16 zur
Verbindung mit dem Bypasskreislauf B sowie einen Fluidauslaß in Form
eines Auslaßrohrs 18 zur
Verbindung mit der Rücklaufleitung
RL.
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Ein Thermostat ist innerhalb der
Kammer montiert, um die über
das Rücklaufrohr
und das Bypassrohr 14 bzw. 16 eintretende Kühlmittelströmung zu
regeln. Der Thermostat hat einen vorderen Brückenrahmen 20, der
an seinem Außenumfang
am Gehäuse 12 gesichert
ist und einen ringförmigen
Sitz 22 bildet, der eine Rücklaufeintrittsöffnung definiert. Ein
erstes Ventilelement 24 ist an einem auf Temperatur reagierenden
Ventilbetätigungsmittel
in Form eines Reaktionskörpers 26 gesichert
und stößt stumpf gegen
den Sitz 22, um dadurch den ersten Fluideinlaß wahlweise
zu schließen.
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Eine Hauptschraubenfeder 28 befindet
sich am Reaktionskörper 26 und
erstreckt sich zwischen einem am vorderen Rahmen 20 gesicherten
hinteren Rahmen 30 und dem Ventilelement 24. Die
Hauptfeder 28 dient dazu, das Ventilelement 24 so
vorzuspannen, daß es
in Eingriff mit dem ringförmigen
Sitz 22 steht.
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Der Reaktionskörper 26 besitzt einen
Antriebsstift 32, der sich von dort aus für einen
Eingriff mit dem vorderen Rahmen 20 erstreckt, sowie einen nach
hinten zum Bypasseintrittsrohr 16 hin vorspringenden Bolzen 34.
An einem inneren Ende des Bypasseintrittsrohrs 16 bildet
das Gehäuse
einen Sitz 36. Ein Bypassventilelement 38 ist
gleitbar am Bolzen 34 montiert und durch eine Sekundärschraubenfeder 40 zum
Sitz 36 hin vorgespannt. Die Länge des Bolzens 34 reicht
aus, um zuzulassen, daß das
zweite Ventilelement 38 selbst dann mit dem Sitz 36 in Kontakt
kommt, wenn das erste Ventil in Kontakt mit dem ringförmigen Sitz 22 steht.
Die Sekundärfeder 40 wirkt
zwischen dem Ventilelement 38 und einer hinteren Endfläche 35 des Reaktionskörpers 26 und wird
an einem freien Ende des Bolzens 34 durch einen Rückhaltekopf 42 am
Bolzen 34 gehalten.
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Die Sekundärfeder 40 hat eine
relativ niedrige Federkennung von etwa 0,5 kg pro mm und ist, wenn
das Hauptventil 24 geschlossen ist, gegen den Sitz 36 vorgespannt,
um eine Vorbelastung von etwa 1,5 kg bereitzustellen. Die für die Sekundärfeder 40 gewählte exakte
Federkennung und die Vorbelastung hängen von der Oberfläche des
Ventilelements 38 und von den Merkmalen der Pumpe "P" ab.
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Im Gegensatz zu der in der GB-A-2,290,123 beschriebenen
kombinierten Thermostat- und Bypassventileinheit kann das Bypassventilelement 38 selbst
dann stumpf gegen den Bypassitz 36 stoßen, wenn das Hauptventilelement 24 geschlossen
ist.
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Die Einheit, wie aus 2 ersichtlich, befindet sich in einem
Startzustand, wobei das Hauptventil 24 geschlossen ist,
um die Kühlmittelströmung durch den
Kühler "R" zu verhindern. Das Bypassventilelement 38 wird
von der Sekundärfeder 40 mit
leichtem Druck gegen den Bypassitz 36 gehalten, um eine
Bypassströmung
durch den Bypasskreislauf "B" einzuschränken. Eine
geringe Strömungsmenge
kann jedoch durch einen Entnahmedurchgang 19 in die Kammer
einströmen,
um sicherzustellen, daß der temperaturempfindliche
Reaktionskörper 26 in
Kühlmittel
mit einer Temperatur verbleibt, die derjenigen des aus dem Motor "E" austretenden Kühlmittels entspricht.
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Durch die Beschränkung der durch den Bypasskreislauf "B" erfolgenden Strömung wird die Strömung durch
den Wärmetauscher "H" des Heizkreislaufs verstärkt, so
daß die
Leistung der Heizung verbessert wird.
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Wenn die Motordrehzahl aus dem Leerlauf heraus
erhöht
wird, nimmt der Druck im Bypasskreislauf "B" zu,
bis der auf das Ventilelement 38 wirkende Druck aus dem
Bypasskreislauf "B", wenn der Motor eine
vorbestimmte Drehzahl erreicht, die von der Sekundärfeder 40 ausgeübte Vorbelastung übersteigt. Das
Ventilelement 38 hebt sich dann allmählich aus dem Sitz 36 heraus,
so daß Kühlmittel
durch den Bypasskreislauf "B" strömen kann.
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Wenn die Motordrehzahl steigt, nimmt
der Druck im Bypasskreislauf "B" zu, und aufgrund
der relativ niedrigen Federkennung der Sekundärfeder 40 wird das
Ventilelement leicht vom Sitz 36 wegbewegt, wodurch das
Risiko einer Kühlmittelunterversorgung
des Motors vor dem Öffnen
des Hauptventils 24 ausgeschlossen wird. Dies ist wichtig,
weil eine mangelnde Kühlmittelströmung durch
den Motor "E" lokale Überhitzungen
und einen möglichen
Motorschaden zur Folge haben kann.
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Durch Wahl einer entsprechenden Federkennung
und Vorbelastung für
die Sekundärfeder 40 kann
das Bypassventilelement 38 so ausgeführt sein, daß es bis
zu einer Motordrehzahl von etwa 1500 UpM in Eingriff mit dem Sitz 36 gehalten
und dann bei einer Motordrehzahl von 2000 UpM vollständig geöffnet wird.
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Nachdem der Motor "E" einige Minuten lang gelaufen ist, steigt
die Temperatur der Bypassströmung
an, und dadurch wird bewirkt, daß der Reaktionskörper 26 das
Hauptventilelement 24 rückwärts vom
ringförmigen
Sitz 22 wegbewegt und Kühlmittel durch
den Kühler "R" strömen
kann. Dies hat zur Folge, daß die
Rückseite 35 des
Reaktionskörpers 26 eine
entsprechende Bewegung zum Sitz 36 hin durchführt. Diese
Bewegung bewirkt, daß das
Ventilelement 38 zum Sitz 36 hin bewegt wird,
wodurch die Strömung
durch den Bypasskreislauf "B" reduziert oder gestoppt
wird.
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Wenn sich das erste Ventil 24 des
Thermostats in einem vollständig
geöffneten
Zustand befindet, wird die Sekundärfeder 40 so zusammengedrückt, daß das Bypassventilelement 38 ausreichend
fest im dazugehörigen
Sitz 36 gehalten wird, so daß der Druck im Bypasskreislauf "B" das Ventilelement 38 nicht
vom Sitz 36 wegbewegen kann.
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Zwischen den geschlossenen und vollständig offenen
Positionen verteilt die Thermostat- und Bypassventileinheit mittels
des ersten Ventils 24 und des Bypassventils 38 die
Kühlmittelströmung zwischen
dem Bypasskreislauf "B" und dem Kühler "R" in Abhängigkeit von der Temperatur
des Kühlmittels in
der Kammer.
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Es versteht sich daher, daß das Bypassventil 38 und
die Sekundärschraubenfeder 40 als
ein Regelungsmittel dienen, das so weit wie möglich eine hohe Kühlmittelströmung durch
den Heizkreislauf aufrechterhält,
um sicherzustellen, daß eine
ausreichende Zufuhr an heißem
Kühlmittel
in den Wärmetauscher der
Heizung eingeleitet wird, um die Luft für den Fahrzeuginnenraum zu
erwärmen.