DE102009009854A1

DE102009009854A1 - Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102009009854A1
Application number: DE200910009854
Authority: DE
Inventors: Gordon Röttger
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2010-09-02
Anticipated expiration: 2029-02-21
Also published as: DE102009009854B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf (1) für eine Brennkraftmaschine (2), mit einem Kühler (3), einer von der Brennkraftmaschine (2) zum Kühler (3) führenden Vorlaufleitung (4), einer vom Kühler (3) zur Brennkraftmaschine (2) führenden Rücklaufleitung (5) sowie einem selbstregelnden dehnstoffgetriebenen Thermostatventil (7). Damit sich die Temperatur des zur Brennkraftmaschine (2) zurückgeführten Kühlmittels nach Bedarf verändern lässt, ohne dass die Ausfallsicherheit gefährdet und/oder ohne dass der Energieverbrauch merklich erhöht wird, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Kühlmittelkreislauf (1) ein Regelventil (13) umfasst, das einen mit einem Ausgang (10) des Thermostatventils (7) verbundenen ersten Einlass (14), einen zweiten Einlass (15) und einen mit der Rücklaufleitung (5) verbundenen Auslass (16) aufweist, wobei der Öffnungsquerschnitt des ersten und des zweiten Einlasses (14, 15) gesteuert veränderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Regelung der Kühlmitteltemperatur im Kühlmittelkreislauf von Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen erfolgt zumeist mit Hilfe eines selbstregelnden dehnstoffgetriebenen Thermostatventils, dessen Eingänge mit einem Kühlmitteleinlass bzw. mit einem Kühlmittelauslass des Kühlers verbunden sind, während sein Ausgang mit der zur Brennkraftmaschine führenden Rücklaufleitung kommuniziert. Bei geöffnetem Thermostatventil wird heißes Kühlmittel aus der von der Brennkraftmaschine zum Kühlmitteleinlass des Kühlers führenden Vorlaufleitung des Kühlmittelkreislaufs im Thermostatventil mit kaltem, aus dem Kühlmittelauslass des Kühlers austretenden Kühlmittel gemischt, so dass das Kühlmittel mit einer definierten Regeltemperatur aus dem Ausgang des Thermostatventils austritt, von wo es dann durch die Rücklaufleitung zur Brennkraftmaschine geleitet wird.
Allerdings ist es mit Hilfe derartiger selbstregelnder Thermostatventile nicht möglich, die Temperatur des durch die Rücklaufleitung zur Brennkraftmaschine zurückgeführten Kühlmittels nach Bedarf zu verändern, um der Brennkraftmaschine Kühlmittel mit einer höheren oder niedrigeren Temperatur als der am Thermostatventil eingestellten Regeltemperatur zuzuführen.
Um eine bedarfsgerechte Veränderung der Temperatur des zur Brennkraftmaschine zurückgeführten Kühlmittels zu ermöglichen, ist es zum Beispiel aus der DE 199 60 931 A1 bereits bekannt, an Stelle eines selbstregelnden Thermostatventils ein steuerbares Dreiwegeventil vorzusehen, das von einer Steuereinheit in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine angesteuert wird. Bei dieser Lösung wird jedoch zum einen als nachteilig angesehen, dass das steuerbare Dreiwegeventil nicht ausfallsicher arbeitet. Zum anderen wird im Betrieb des Dreiwegeventils nahezu dauernd Energie zur Ansteuerung des Ventils verbraucht.
Weitere für Kühlsysteme von Brennkraftmaschinen bestimmte vollvariable Regelventile zum Einstellen einer gewünschten variablen Kühlmitteltemperatur sind zum Beispiel aus der DE 19849492 A1 und der DE 10 2006 038 213 A1 bekannt.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kühlmittelkreislauf der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass sich die Temperatur des zur Brennkraftmaschine zurückgeführten Kühlmittels nach Bedarf verändern lässt, ohne dass die Ausfallsicherheit gefährdet und/oder ohne dass der Energieverbrauch gegenüber Kühlsystemen mit selbstregelndem dehnstoffgetriebenem Thermostatventil merklich erhöht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein zusätzlich zum Thermostatventil vorgesehenes Regelventil gelöst, das einen mit einem Ausgang des Thermostatventils verbundenen ersten Einlass, einen zweiten Einlass und einen über eine Rücklaufleitung mit der Brennkraftmaschine verbundenen Auslass aufweist, wobei der Strömungs- oder Öffnungsquerschnitt des ersten und des zweiten Einlasses gesteuert veränderbar sind.
Das Regelventil ist bevorzugt ein elektrisches Regelventil, das heißt ein Regelventil mit einem elektrischen Stellantrieb, mit dem sich die Stellung eines Ventilgliedes des Regelventils nach Bedarf verstellen lässt.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Regelventil ein Ventilgehäuse und einen im Ventilgehäuse beweglichen Schieber, vorzugsweise einen Drehschieber, umfasst, der durch den Stellantrieb in die gewünschten Ventil- oder Schaltstellungen bewegt werden kann, um wahlweise einen oder beide Einlässe des Regelventils ganz oder teilweise zu öffnen und mit dem Auslass des Regelventils zu verbinden.
Dort, wo am Thermostatventil eine verhältnismäßig hohe Regeltemperatur eingestellt ist, wie eine Temperatur von mehr als 100°C, beispielsweise etwa 110°C, ist der zweite Einlass des Regelventils vorzugsweise direkt mit dem Kühler verbunden, während der zweite Eingang des Thermostatventils zweckmäßig durch eine mit einem Rückschlagventil versehene Leitung mit dem Kühlmittelauslass des Kühlers und dem zweiten Einlass des Regelventils bzw. einer vom Kühlmittelauslass des Kühlers zum zweiten Einlass des Regelventils führenden Leitung verbunden ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in diesem Fall im niedrigen und mittleren Lastbereich der Brennkraftmaschine das Thermostatventil in konventioneller Weise betrieben, um für einen ausfallsicheren Betrieb des Kühlsystems zu sorgen. Das unbestromte Regelventil befindet sich in diesen Lastbereichen zweckmäßig in einer Schalt- oder Ventilstellung, in welcher der erste Einlass und der Auslass ganz geöffnet sind, während der zweite Einlass geschlossen ist. Dadurch mischt sich bei geöffnetem Thermostatventil heißes Kühlmittel aus der Vorlaufleitung im Thermostatventil mit kaltem Kühlmittel aus dem Kühlmittelauslass des Kühlers und strömt mit der Regeltemperatur des Thermostatventils von etwa 110°C durch das Regelventil und die Rücklaufleitung zur Brennkraftmaschine.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass dem Stellantrieb des Regelventils zur Absenkung der Temperatur des durch die Rücklaufleitung zur Brennkraftmaschine zurück geführten Kühlmittels unter die Regeltemperatur des Thermostatventils Strom zugeführt wird, um bei geöffnetem Thermostatventil den ersten Einlass des Regelventils ganz und den zweiten Einlass des Regelventils teilweise zu öffnen. Dadurch kann dem mit der Regeltemperatur des Thermostatventils von etwa 110°C aus dessen Ausgang strömenden Kühlmittel im Regelventil kälteres Kühlmittel aus dem Kühlmittelauslass des Kühlers zugemischt und auf diese Weise die Kühlmitteltemperatur abgesenkt werden, wobei das Maß der Absenkung durch den Grad der Öffnung des zweiten Einlasses gesteuert werden kann.
Um eine maximale Kühlung der Brennkraftmaschine zu erzielen, wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der mit dem Ausgang des Thermostatventils verbundene erste Einlass des Regelventils ganz geschlossen und der mit dem Kühlmittelauslass des Kühlers verbundene zweite Einlass ganz geöffnet, wodurch das gesamte durch den Kühlmittelkreislauf zirkulierende Kühlmittel am Thermostatventil vorbei durch den Kühler strömt.
In einer zum Aufheizen der Brennkraftmaschine dienenden vierten Ventilstellung, in der das Thermostatventil infolge der unterhalb der Regeltemperatur des Thermostatventils liegenden Kühlmitteltemperatur in der Vorlaufleitung geschlossen ist, wird der zweite Einlass ganz geschlossen und der erste Einlass teilweise geschlossen bzw. geöffnet, wodurch zum einen kein Kühlmittel durch den Kühler geleitet und zum anderen der Volumenstrom des Kühlmittels durch die Vor- und Rücklaufleitung gedrosselt wird, um weniger Wärme aus der Brennkraftmaschine abzuführen.
Dort, wo am Thermostatventil eine verhältnismäßig niedrige Regeltemperatur eingestellt ist, wie eine Temperatur von 95°C oder weniger, beispielsweise etwa 87°C, ist der zweite Einlass des Regelventils hingegen bevorzugt mit der Vorlaufleitung verbunden, während der zweite Eingang des Thermostatventils zweckmäßig direkt mit dem Kühlmittelauslass des Kühlers verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem zweiten Einlass des Regelventils und der Vorlaufleitung kann zweckmäßig eine Drossel enthalten.
Um eine maximale Kühlung der Brennkraftmaschine zu erzielen und für einen ausfallsicheren Betrieb des Kühlsystems zu sorgen, wird in diesem Fall das Thermostatventil gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung konventionell betrieben, während sich das unbestromte Regelventil in einer Schalt- oder Ventilstellung befindet, in welcher der erste Einlass und der Auslass des Regelventils ganz geöffnet sind, während sein zweiter Einlass geschlossen ist. Bei geöffnetem Thermostatventil mischt sich in dieser Schalt- oder Ventilstellung des Regelventils im Thermostatventil heißes Kühlmittel aus der Vorlaufleitung mit kaltem Kühlmittel aus dem Kühlmittelauslass des Kühlers und strömt anschließend mit der Regeltemperatur des Thermostatventils durch das Regelventil und die Rücklaufleitung zurück zur Brennkraftmaschine.
Zur Erhöhung der Temperatur des durch die Rücklaufleitung zur Brennkraftmaschine zurückgeführten Kühlmittels über die Regeltemperatur des Thermostatventils hinaus wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bei geöffnetem Thermostatventil der zweite Einlass des Regelventils ganz geöffnet, während der erste Einlass teilweise geöffnet bzw. geschlossen wird, um dem mit der Regeltemperatur aus dem Thermostatventil strömenden Kühlmittel im Regelventil wärmeres Kühlmittel aus der Vorlaufleitung zuzumischen und auf diese Weise die Kühlmitteltemperatur zu steigern. Das Maß der Temperaturerhöhung kann durch den Grad des Öffnens bzw. Schließens des ersten Einlasses des Regelventils gesteuert werden, wobei die Temperatur umso stärker erhöht wird, je weiter der erste Einlass geschlossen wird.
Zum Aufheizen der Brennkraftmaschine kann gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine Schalt- oder Ventilstellung des Regelventils eingestellt werden, in welcher der mit dem Thermostatventil verbundene erste Einlass des Regelventils geschlossen und der mit der Vorlaufleitung verbundene zweite Einlass des Regelventils teilweise geschlossen bzw. geöffnet ist. Da das Thermostatventil infolge der unterhalb der Regeltemperatur des Thermostatventils liegenden Kühlmitteltemperatur in der Vorlaufleitung geschlossen ist, wird in dieser Schalt- oder Ventilstellung zum einen kein Kühlmittel durch den Kühler geleitet und zum anderen der Volumenstrom des Kühlmittels durch die Vor- und Rücklaufleitung gedrosselt, um weniger Wärme aus der Brennkraftmaschine abzuführen.
Sämtliche der zuvor genannten Schalt- oder Ventilstellungen lassen sich bei Regelventilen in Form von Drehschieberventilen problemlos einstellen, wenn der erste Einlass und der zweite Einlass derart in einer dem Drehschieber gegenüberliegenden Begrenzungswand des Ventilgehäuses angeordnet werden, dass wahlweise der erste oder der zweite Einlass ganz geschlossen werden können und darüber hinaus einer der beiden Einlässe ganz und der andere teilweise geöffnet werden kann, zum Beispiel indem sich eine Öffnung des Drehschiebers wahlweise nur mit dem ersten Einlass, nur mit dem zweiten Einlass sowie mit allen beiden Einlässen zur Deckung bzw. Überlappung bringen lässt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Kühlwasserkreislaufs eines Kühlsystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein dehnstoffgetriebenes Thermostatventil mit einer Regeltemperatur von etwa 110°C sowie ein elektrisches Regelventil;
2 eine vergrößerte schematische Darstellung des Thermostatventils und des Regelventils aus 1 in einer ersten Schalt- oder Ventilstellung in einem niedrigen oder mittleren Lastbereich der Brennkraftmaschine;
3 eine vergrößerte schematische Darstellung des Thermostatventils und des Regelventils aus 1 in einer zweiten Schalt- oder Ventilstellung zur Zufuhr von Kühlmittel mit abgesenkter Kühlwassertemperatur zur Brennkraftmaschine;
4 eine vergrößerte schematische Darstellung des Thermostatventils und des Regelventils aus 1 in einer dritten Schalt- oder Ventilstellung zur maximaler Kühlung der Brennkraftmaschine;
5 eine vergrößerte schematische Darstellung des Thermostatventils und des Regelventils aus 1 in einer vierten Schalt- oder Ventilstellung zum Aufheizen der kalten Brennkraftmaschine;
6 eine schematische Stirnseitenansicht eines als Drehschieberventil ausgebildeten elektrischen Regelventils;
7 eine Darstellung der Öffnungsfläche des elektrischen Regelventils aus 6 über den Verdrehwinkel des Drehschieberventils;
8 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Kühlwasserkreislaufs eines weiteren Kühlsystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein dehnstoffgetriebenes Thermostatventil mit einer Regeltemperatur von etwa 87°C sowie ein elektrisches Regelventil;
9 eine vergrößerte schematische Darstellung des Thermostatventils und des Regelventils aus 8 in einer ersten Schalt- oder Ventilstellung zur maximalen Kühlung der Brennkraftmaschine;
10 eine vergrößerte schematische Darstellung des Thermostatventils und des Regelventils aus 8 in einer zweiten Schalt- oder Ventilstellung bei der Zufuhr von Kühlwasser mit erhöhter Kühlwassertemperatur zur Brennkraftmaschine;
11 eine vergrößerte schematische Darstellung des Thermostatventils und des Regelventils aus 8 in einer dritten Schalt- oder Ventilstellung beim Aufheizen der kalten Brennkraftmaschine.
Die beiden in 1 und 8 der Zeichnung dargestellten Kühlwasserkreisläufe 1 eines Kühlsystems einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine 2 umfassen einen Hauptwasserkühler 3, eine von der Brennkraftmaschine 2 zu einem Kühlwassereinlass eines Hauptwasserkühlers 3 führende Vorlaufleitung 4, eine vom Hauptwasserkühler 3 zur Brennkraftmaschine 2 führende Rücklaufleitung 5, eine in der Rücklaufleitung 5 angeordnete Hauptwasserpumpe 6, sowie ein selbstregelndes dehnstoffgetriebenes Thermostatventil 7. Das Thermostatventil 7 weist einen ersten, vor dem Kühler 3 mit der Vorlaufleitung 4 verbundenen Eingang 8, einen zweiten, mit einem Kühlwasserauslass des Kühlers 3 verbundenen Eingang 9, einen Ausgang 10 und ein Dehnstoffelement 11 mit einer Rückstellfeder 12 auf. Beide Kühlwasserkreisläufe 1 umfassen weiter ein elektrisches Regelventil 13 zur Regelung der Temperatur des aus der Rücklaufleitung 5 in die Brennkraftmaschine 2 eintretenden Kühlwassers, das einen mit dem Ausgang 10 des Thermostatventils 7 verbundenen ersten Einlass 14, einen zweiten Einlass 15 und einen mit der Rücklaufleitung 5 verbundenen Auslass 16 aufweist. Darüber hinaus umfassen beide Kühlwasserkreisläufe 1 einen Motorölkühler 17 in Form eines vom Motoröl und vom Kühlwasser durchströmten Wärmetauschers, der in einer von der Vorlaufleitung 4 zur Rücklaufleitung 5 führenden, vor dem Thermostatventil 7 aus der Vorlaufleitung 4 ab zweigenden und zwischen dem Regelventil 13 und der Hauptwasserpumpe 6 in die Rücklaufleitung 5 mundenden Verbindungsleitung 18 angeordnet ist.
Bei dem in 1 dargestellten Kühlwasserkreislauf 1 weist das Thermostatventil 7 eine verhältnismäßig hohe Regelungstemperatur von zum Beispiel 110°C auf. Der zweite Eingang 9 des Thermostatventils 7 ist dort durch eine Zweigleitung 19 mit einer vom Kühlwasserauslass des Hauptwasserkühlers 3 zum zweiten Einlass 15 des Regelventils 13 führenden Leitung 20 abzweigt und ein Rückschlagventil 21 enthält, das einen Kühlwasserstrom vom Thermostatventil 7 zur Leitung 20 blockiert.
Wie in den 2 bis 6 schematisch und vereinfacht dargestellt, kann das elektrische Regelventil 13 zum Beispiel als Drehschieberventil ausgebildet sein, das ein zylindrisches Ventilgehäuse 22, einen innerhalb des Ventilgehäuses 22 um dessen Längsachse drehbaren Schieber 23 sowie einen Stellantrieb (nicht dargestellt) zum Verdrehen des Drehschiebers 23 in Bezug zum Ventilgehäuse 22 umfasst. Während bei dem Drehschieberventil in den 2 bis 5 jeder der beiden Einlässe 14, 15 und der Auslass 16 derart im Winkelabstand voneinander in einer zylindrischen Umfangswand des Ventilgehäuses 22 angeordnet sind, dass die beiden Einlässe 14, 15 in verschiedenen Drehstellungen des teilzylindrischen Drehschiebers 23 ganz oder teilweise verschließbar sind, sind bei dem in 6 dargestellten Drehschieberventil die beiden kreissegmentförmigen Einlässe 14, 15 im Winkelabstand voneinander in einer Stirnwand 24 des Ventilgehäuses 22 angeordnet und lassen sich in verschiedenen Drehstellungen des kreisförmigen, mit einer kreissegmentförmigen Schieberöffnung 25 versehenen Drehschiebers 23 ganz oder teilweise verschließen. 7 zeigt die Öffnungsfläche des in 6 dargestellten Drehschieberventils wobei die Kurve I die Öffnungsfläche des Einlasses 14 und die Kurve II die Öffnungsfläche des Einlasses 15 zeigt, die sich in der in 6 dargestellten Drehstellung des Drehschiebers 23 (strichpunktierte Linie in 7) teilweise überlappen. Alternativ dazu könnte das Regelventil 13 jedoch auch als Schieberventil ausgebildet sein.
Die Funktionsweise des Zusammenspiels des Regelventils 13 und des Thermostatventils 7 aus 1 wird im folgenden unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 näher erläutert, die vergrößerte Darstellungen des umrandeten Bereichs in 1 ohne das Rückschlagventil 21 in verschiedenen Schalt- oder Ventilstellungen des Regelventils 13 und verschiedenen Öffnungs- und Schließzuständen des Thermostatventils 7 zeigen.
Wie in 2 dargestellt, arbeitet im niedrigen und mittleren Lastbereich der Brennkraftmaschine 2 das Thermostatventil 7 konventionell, das heißt es öffnet, wenn die Kühlwassertemperatur in der Vorlaufleitung 4 die Regeltemperatur des Thermostatventils 7 übersteigt. Das Regelventil 13 befindet sich dabei stets in einer ersten Ventil- oder Schaltstellung, in welcher der erste Einlass 14 und der Auslass 16 des Regelventils 13 ganz geöffnet sind, während der zweite Einlass 15 geschlossen ist, wie in 2 dargestellt. Da der Einlass 15 geschlossen ist und das gesamte Kühlwasser aus dem Kühlwasserauslass des Kühlers 3 durch das Thermostatventil 7 strömt, ist in dieser Ventil- oder Schaltstellung ein ausfallsicherer Betrieb des Kühlsystems gewährleistet. Da das Regelventil 13 in dieser Ventil- oder Schaltstellung bleibt und ihm daher kein Strom zugeführt werden muss, wird keine Energie verbraucht. Bei geöffnetem Thermostatventil 7 mischt sich im Thermostatventil 7 heißes Kühlwasser aus der Vorlaufleitung 4 mit kaltem Kühlwasser aus dem Hauptwasserkühler 3 und strömt dann mit der Regeltemperatur des Thermostatventils von etwa 110°C durch das Regelventil 13 und die Rücklaufleitung 5 zur Brennkraftmaschine 2 zurück, wie in 2 dargestellt.
Wenn die Brennkraftmaschine 2 in einem höheren Lastbereich betrieben wird, wird hingegen dem mit der Regeltemperatur von etwa 110°C aus dem geöffneten Thermostatventil 7 strömenden Kühlwasser mit Hilfe des Regelventils 13 kaltes Kühlwasser aus dem Kühlwasserauslass des Kühlers 3 beigemischt, um die Temperatur des zur Brennkraftmaschine 2 zurückgeführten Kühlwassers auf einem Wert von beispielsweise 85°C abzusenken. Zu diesem Zweck wird dem Stellantrieb des Regelventils 13 Strom zugeführt, um die in 3 dargestellte zweite Ventil- oder Schaltstellung einzustellen, in welcher der erste Einlass 14 und der Auslass 16 des Regelventils 13 ganz geöffnet sind, während der zweite Einlass 15 nur teilweise geöffnet ist. Das Maß der Temperaturabsenkung wird von einer Steuerung (nicht dargestellt) des Kühlsystems in Abhängigkeit von verschiedenen, durch eine Sensorik (nicht dargestellt) erfassten Parametern auf einen Sollwert geregelt.
Wenn die Brennkraftmaschine 2 in einem Bereich höchster Last betrieben wird, wird von der Steuerung die in 4 dargestellte dritte Ventil- oder Schaltstellung eingestellt, in welcher der mit dem Ausgang 10 des Thermostatventils 7 verbundene erste Einlass 14 des Regelventils 13 ganz geschlossen und der durch die Leitung 20 mit dem Kühlwasserauslass des Hauptwasserkühlers 3 verbundene zweite Einlass 15 ganz geöffnet ist. In dieser Ventil- oder Schaltstellung des Regelventils 13 wird der Brennkraftmaschine 2 abgesehen von dem durch den Motorölkühler 17 strömenden Kühlwasser zur maximalen Kühlung nur kaltes Kühlwasser aus dem Kühler 3 zugeführt.
Um die Brennkraftmaschine 2 nach einem Kaltstart schneller aufzuheizen, kann der Volumenstrom des Kühlwassers durch die Vor- und Rücklaufleitung 4, 5 mit Hilfe des Regelventils 13 auch gedrosselt werden, um weniger Wärme aus der Brennkraftmaschine 2 abzuführen. Zu diesem Zweck kann am Regelventil 13 eine in 5 beispielhaft dargestellte vierte Ventil- oder Schaltstellung eingestellt werden, in welcher der zweite Einlass 15 ganz und der erste Einlass 14 teilweise geschlossen ist. Da das Thermostatventil 7 in dieser Ventil- oder Schaltstellung wegen der niedrigen Kühlwassertemperatur geschlossen ist, strömt kein Kühlwasser durch den Kühler 3.
Bei dem in 8 dargestellten Kühlwasserkreislauf 1 weist das Thermostatventil 7 eine verhältnismäßig niedrige Regelungstemperatur von zum Beispiel 87°C auf. Der zweite Einlass 15 des Regelventils 13 ist dort durch eine mit einer Drossel 26 versehene Leitung 27 mit der Vorlaufleitung 4 verbunden, während der zweite Eingang des Thermostatventils 9 durch eine Verbindungsleitung 28 direkt mit dem Kühlwasserauslass des Hauptwasserkühlers 3 verbunden ist.
Die Funktionsweise des Zusammenspiels des Thermostatventils 7 und des Regelventils 13 aus 8 wird im folgenden unter Bezugnahme auf die 9 bis 11 näher erläutert, die vergrößerte Darstellungen des umrandeten Bereichs in 8 ohne die Drossel 26 in verschiedenen Schalt- oder Ventilstellungen des Regelventils 13 und verschiedenen Öffnungs- und Schließzuständen des Thermostatventils 7 zeigen.
Um für eine maximale Kühlung der Brennkraftmaschine 2 zu sorgen und gleichzeitig einen ausfallsicheren und energiesparenden Betrieb des Kühlsystems zu gewährleisten, wird das Thermostatventil 7 normalerweise konventionell betrieben und das Regelventil 13 in eine erste, in 9 dargestellte Ventil- oder Schaltstellung gebracht, in welcher der erste Einlass 14 und der Auslass 16 ganz geöffnet sind, während der zweite Einlass 15 geschlossen ist. In dieser Ventil- oder Schaltstellung des unbestromten Regelventils 13 mischt sich im Thermostatventil 7 heißes Kühlwasser aus der Vorlaufleitung 4 mit kaltem Kühlwasser aus dem Hauptwasserkühler 3, bevor das Kühlwasser mit der Regeltemperatur von etwa 87°C durch das Regelventil 13 und die Rücklaufleitung 5 zur Brennkraftmaschine 2 zurückströmt.
10 zeigt eine zweite Ventil- oder Schaltstellung des Regelventils 13, mit der sich bei Bedarf die Temperatur des zur Brennkraftmaschine 2 zurückgeführten Kühlwassers auf einem Wert von beispielsweise 110°C erhöhen lässt. Dazu wird dem mit der Regeltem peratur von etwa 87°C durch den Ausgang 10 des geöffneten Thermostatventils 7 strömenden Kühlwasser mit Hilfe des Regelventils 13 heißeres Kühlwasser aus der Vorlaufleitung 4 beigemischt. Zu diesem Zweck wird dem Stellantrieb des Regelventils 13 Strom zugeführt, um die in 10 dargestellte Ventil- oder Schaltstellung einzustellen, in welcher der zweite Einlass 15 und der Auslass 16 des Regelventils 13 ganz geöffnet sind, während der erste Einlass 14 teilweise geöffnet ist. Das Maß der Temperaturerhöhung wird von einer Steuerung (nicht dargestellt) des Kühlsystems in Abhängigkeit von verschiedenen, durch eine Sensorik (nicht dargestellt) erfassten Parametern auf einen Sollwert geregelt.
Um die Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart schneller aufzuheizen, kann der Volumenstrom des Kühlwassers durch die Vor- und Rücklaufleitung 4, 5 mit Hilfe des Regelventils 13 auch gedrosselt werden, um weniger Wärme aus der Brennkraftmaschine 2 abzuführen. Zu diesem Zweck wird am Regelventil 13 eine in 11 dargestellte dritte Ventil- oder Schaltstellung eingestellt, in welcher der erste Einlass 14 ganz und der zweite Einlass 15 teilweise geschlossen ist. Da das Thermostatventil 7 wegen der niedrigen Kühlwassertemperatur geschlossen ist, strömt das gesamte Kühlwasser durch die mit der Drossel 26 versehene Leitung 27 und das Regelventil 13, während kein Kühlwasser durch den Kühler 3 strömt.

1: Kühlwasserkreislauf
2: Brennkraftmaschine
3: Hauptwasserkühler
4: Vorlaufleitung
5: Rücklaufleitung
6: Hauptwasserpumpe
7: Thermostatventil
8: erster Eingang Thermostatventil
9: zweiter Eingang Thermostatventil
10: Ausgang Thermostatventil
11: Dehnstoffelement Thermostatventil
12: Rückstellfeder Thermostatventil
13: Regelventil
14: erster Einlass Regelventil
15: zweiter Einlass Regelventil
16: Auslass Regelventil
17: Motorölkühler
18: Verbindungsleitung
19: Zweigleitung
20: Leitung
21: Rückschlagventil
22: Ventilgehäuse Regelventil
23: Drehschieber Regelventil
24: Stirnwand Ventilgehäuse
25: Schieberöffnung
26: Drossel
27: Leitung
28: Verbindungsleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19960931 A1 [0004]
- DE 19849492 A1 [0005]
- DE 102006038213 A1 [0005]

Claims

Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine, mit einem Kühler, einer von der Brennkraftmaschine zum Kühler führenden Vorlaufleitung, einer vom Kühler zur Brennkraftmaschine führenden Rücklaufleitung, sowie einem selbstregelnden dehnstoffgetriebenen Thermostatventil, gekennzeichnet durch ein Regelventil (13), das einen mit einem Ausgang (10) des Thermostatventils (7) verbundenen ersten Einlass (14), einen zweiten Einlass (15) und einen mit der Rücklaufleitung (5) verbundenen Auslass (16) aufweist, wobei der Öffnungsquerschnitt des ersten und des zweiten Einlasses (14, 15) gesteuert veränderbar sind.
Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Einlass (15) des Regelventils (13) mit dem Kühler (3) verbunden ist.
Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Eingang (8) des Thermostatventils (7) mit der Vorlaufleitung (4) verbunden ist und dass ein zweiter Eingang (9) des Thermostatventils (7) durch eine mit einem Rückschlagventil (21) versehene Leitung (19, 20) mit dem Kühler (3) und dem zweiten Einlass (15) des Regelventils (13) verbunden ist.
Kühlmittelkreislauf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Thermostatventil (7) eine Regeltemperatur von mehr als 100°C und vorzugsweise von etwa 110°C eingestellt ist.
Kühlmittelkreislauf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ventil- oder Schaltstellung des Regelventils (13) bei niedriger oder mittlerer Last der Brennkraftmaschine (2) und bei geöffnetem Thermostatventil (7) der erste Einlass (14) des Regelventils (13) ganz geöffnet und der zweite Einlass (15) des Regelventils (13) geschlossen ist.
Kühlmittelkreislauf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ventil- oder Schaltstellung des Regelventils (13) zur Absenkung der Temperatur des Kühlmittels in der Rücklaufleitung (5) bei geöffnetem Thermostatventil (7) der erste Einlass (14) ganz und der zweite Einlass (15) teilweise geöffnet ist.
Kühlmittelkreislauf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ventil- oder Schaltstellung des Regelventils (13) zur maximalen Kühlung der Brennkraftmaschine (2) der zweite Einlass (15) ganz geöffnet und der erste Einlass (14) geschlossen ist.
Kühlmittelkreislauf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ventil- oder Schaltstellung des Regelventils (13) zur Absenkung des Volumenstroms durch die Rücklaufleitung (5) der erste Einlass (14) teilweise geöffnet und der zweite Einlass (15) geschlossen ist.
Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Einlass (15) des Regelventils (13) mit der Vorlaufleitung (4) verbunden ist.
Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Vorlaufleitung (4) und dem zweiten Einlass (15) des Regelventils (13) eine Drossel (26) angeordnet ist.
Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Eingang (8) des Thermostatventils (7) mit der Vorlaufleitung (4) verbunden ist und dass ein zweiter Eingang (9) des Thermostatventils (7) mit dem Kühler (3) verbunden ist.
Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 oder 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass am Thermostatventil (7) eine Regeltemperatur von weniger als 95°C und vorzugsweise von etwa 87°C eingestellt ist.
Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 oder 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ventil- oder Schaltstellung des Regelventils (13) zur maximalen Kühlung der Brennkraftmaschine (2) und bei geöffnetem Thermostatventil (7) der erste Einlass (14) des Regelventils (13) ganz geöffnet und der zweite Einlass (15) des Regelventils (13) geschlossen ist.
Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 oder 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ventil- oder Schaltstellung des Regelventils (13) zur Absenkung des Volumenstroms durch die Rücklaufleitung (5) der erste Einlass (14) des Regelventils (13) geschlossen und der zweite Einlass (15) des Regelventils (13) teilweise geöffnet ist.
Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 oder 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ventil- oder Schaltstellung des Regelventils (13) zur Erhöhung der Temperatur des Kühlmittels in der Rücklaufleitung (5) bei geöffnetem Thermostatventil (7) der erste Einlass (14) des Regelventils (13) teilweise und der zweite Einlass (15) ganz geöffnet ist.
Kühlmittelkreislauf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (13) einen elektrischen Stellantrieb aufweist.
Kühlmittelkreislauf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (13) ein Drehschieberventil ist.
Kühlmittelkreislauf nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zwischen der Vorlaufleitung (4) und der Rücklaufleitung (5) angeordneten, vom Kühlmittel durchströmten Motorölkühler (17).
Kühlmittelkreislauf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühler ein Hauptkühler (3) ist.
Kühlmittelkreislauf nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine hinter dem Regelventil (13) in der Rücklaufleitung (5) angeordnete Kühlmittelpumpe (6).
Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch einen Kühlmittelkreislauf nach einem der vorangehenden Ansprüche.