DE60209364T2

DE60209364T2 - Steuerventil für kühlsystem eines motors

Info

Publication number: DE60209364T2
Application number: DE2002609364
Authority: DE
Inventors: Carlos Martins; Matthieu Chanfreau
Original assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Current assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Priority date: 2001-07-11
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2022-07-11
Also published as: EP1404996A1; ATE318381T1; US20040154671A1; EP1404996B2; US20060070672A1; EP1404996B1; FR2827360A1; DE60209364T3; JP2004534191A; FR2827360B1; WO2003006858A1; DE60209364D1; US7255130B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für einen Fluidzirkulationskreislauf sowie den Kreislauf, der mit einem solchen Ventil ausgestattet ist.
Sie zielt insbesondere darauf ab, ein Steuerventil bereitzustellen, das für einen Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors eines Automobils bestimmt ist.
Ein solcher Kühlkreislauf wird von einem Kühlmittel durchlaufen, gewöhnlich Wasser mit einem Frostschutzmittel, das im geschlossenen Kreislauf unter der Einwirkung einer Umwälzpumpe zirkuliert.
Im Allgemeinen weist ein solcher Kühlkreislauf mehrere Zweige auf, darunter ein Zweig, der einen Kühler aufweist, ein Zweig, der eine Abzweigung des Kühlers bildet, und ein Zweig, der einen Radiator aufweist, auch Heißlufterzeuger genannt, der zum Erhitzen des Fahrgastraums dient.
Es ist bekannt, ein Thermostatventil zu verwenden, das einen Fluideingang aufweist, der mit dem Ausgang des Motors verbunden ist, und zwei Fluidausgänge, die jeweils dem Zweig, der den Kühler enthält, und dem Zweig, der die Abzweigung bildet, entsprechen.
Beim Kaltstarten des Motors und solange die Temperatur des Kühlmittels nicht einen Schwellenwert erreicht hat, lässt das Ventil das Kühlmittel in dem Abzweigzweig unter Umgehen des Kühlers zirkulieren. Sobald die Temperatur des Kühlmittels den oben genannten Schwellenwert erreicht und überschreitet, durchquert das Kühlmittel den Kühler und umgeht den Abzweigzweig.
Im Allgemeinen zirkuliert das Kühlmittel ständig in dem Zweig, der den Heizradiator enthält, wobei das Heizen des Fahrgastraums daher durch Mischen eines Stroms kalter Luft und eines Stroms warmer Luft, die über den Heizradiator gestrichen ist, erzielt wird. Es ist auch bekannt, ein getrenntes Ventil auf dem Heizradiator zu verwenden, um den Durchfluss an Kühlmittel, das ihn durchquert, einzustellen.
Bei den bestehenden Ausführungen verwendet man Steuerventile, die es erlauben, den Kühlmitteldurchsatz in den verschiedenen Zweigen des Kühlkreislaufs eines Motors unabhängig zu verwalten, um die Temperatur des Verbrennungsmotors und das Erhitzen des Fahrgastraums unabhängig zu optimieren. Die Steuerventile geben jedoch keine Information über den Zustand des Kühlkreislaufs zum Steuersystem des Ventils oder zum Rechner des Motors und erlauben es nicht, Pannen oder Funktionsstörungen des Kühlkreislaufs zu diagnostizieren.
Ferner ist es bekannt, externe Fühler an dem Ventil zu verwenden, um das Funktionieren der Wärmetauschflüssigkeit zu überwachen. Die Installation solcher Fühler ist jedoch kostspielig, nur wenig zuverlässig und benötigt ferner mehrere Steckverbindungen, um die Messwerte an den Rechner des Fahrzeugs und an das Steuersystem des Ventils zu übertragen.
Die Ventile aktueller Kühlkreisläufe sind daher nicht ausgestattet, um eine eventuelle Funktionsstörung zu erfassen und gegebenenfalls, um dafür eine Diagnose zu liefern, die es erlaubt, das Funktionieren der Ventile anzupassen.
Die Dokumente US 6 185 757 und JP 61 062 679 beschreiben ein Ventil, in dem es ein Drehorgan erlaubt, das Fluid, das in dem Ventil zirkuliert, durch seine verschiedenen Öffnungen in Abhängigkeit von seiner Winkelposition zu verteilen.
Diese Ventile benötigen jedoch relativ starke Antriebsmotoren, um die Reibungen zwischen dem Ventilkörper und dem Drehorgan zu überwinden.
Die Erfindung verbessert die Situation.
Sie schlägt dazu ein Steuerventil vor, das eingebaute Fühler aufweist und für einen Fluidzirkulationskreislauf bestimmt ist, der in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einen Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors eines Automobils bildet, und das mit eingebauten Fühlern versehen ist, um die Position des Steuerventils in Abhängigkeit von mindestens einer charakteristischen Größe des Zustands des Kühlkreislaufs, die von den Fühlern gemessen wird, und zum Diagnostizieren einer Funktionsstörung des Kühlkreislaufs zu steuern.
Bei dieser besonderen Anwendung zielt die Erfindung darauf ab, ein Ventil bereitzustellen, das es erlaubt, den Durchfluss des Kühlmittels in den verschiedenen Zweigen des Kühlkreislaufs des Motors unabhängig zu verwalten, um die Temperatur des Verbrennungsmotors und das Erhitzen des Fahrgastraums zu optimieren.
Die Erfindung betrifft daher insbesondere ein Steuerventil für einen Fluidzirkulationskreislauf, das einen Körper aufweist, der mit mindestens einem Fluideingang und mit mindestens zwei Fluidausgängen versehen ist, und das eine Aufnahme für ein Einstellorgan abgrenzt, das um eine Rotationsachse drehen und verschiedene Winkelpositionen einnehmen kann, um die Verteilung des Fluids durch die Ausgänge zu steuern.
Gemäß einer allgemeinen Definition der Erfindung weist der Körper eine Bodenwand auf, in welche der Fluideingang mündet, und eine Seitenwand, in welche die Fluidausgänge in axialen Höhen und in Winkelpositionen münden, die in Bezug auf die Rotationsachse ausgewählt sind, und das Einstellorgan umfasst einen Teil, der ausgebildet ist, um die Steuerung der Fluidausgänge mit einem Gesetz durchzuführen, das von der Winkelposition des Organs, das in dem Körper des Ventils dreht, abhängig definiert ist, wobei der ausgebildete Teil des Einstellorgans ein abgestumpftes Ende ist, das zu der Bodenwand des Körpers gewandt ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform grenzt der Körper eine zylindrische Aufnahme für das Einstellorgan ab, und die Seitenwand ist eine zylindrische Wand.
Es ist daher möglich, den Fluiddurchfluss durch die verschiedenen Ausgänge des Ventils zu verwalten, und zwar in Abhängigkeit von der Winkelposition, die dem Einstellorgan des Ventils verliehen wird.
Derart ist es möglich, die Verteilung des Fluids gemäß einem vordefinierten Gesetz zu verwalten.
Ein solches Ventil kann daher einen Fluidzirkulationskreislauf ausstatten und insbesondere einen Kühlkreislauf eines Motors eines Automobils, um unabhängig die Kühlmitteldurchflüsse in den verschiedenen Zweigen des Kreislaufs zu verwalten.
Vorteilhafterweise umfasst das abgestumpfte Ende eine generell ebene Seite, die mit der Rotationsachse einen ausgewählten Winkel in der Nähe von 45° bildet.
Bei dem erfindungsgemäßen Ventil kann wenigstens einer der Fluidausgänge ein radialer Rohrstutzen oder ein tangenzialer Rohrstutzen sein.
Bei einer besonderen Anwendung weist das Ventil drei Fluidausgänge auf.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das Einstellorgan mit einem Schlitzring bedeckt, der in Drehung fest mit einem vorstehenden Dorn verbunden ist, den das Einstellorgan umfasst.
In diesem Fall besteht der Schlitzring vorteilhafterweise aus einem Werkstoff mit geringem Reibungskoeffizienten. Ein solcher Schlitzring weist vorzugsweise einen Außendurchmesser auf, der leicht größer ist als der Innendurchmesser des Ventilkörpers vor der Montage, und einen Innendurchmesser leicht größer als der Außendurchmesser des Einstellorgans nach der Montage.
Es ist vorteilhaft, dass der Schlitzring eine Region des Einstellorgans abdeckt, die mit kreisförmigen Rillen versehen ist. Diese Rillen garantieren nämlich das Andrücken des Schlitzrings gegen die Innenwand des Körpers, wobei daher eine gute Betriebsabdichtung sichergestellt wird.
Als Variante oder als Ergänzung kann das abgestumpfte Ende des Einstellorgans einen Kanal umfassen, der eine ausgewählte Form, vorteilhafterweise im Kreisbogen hat, was es erlaubt, das stufenlose Öffnen zu optimieren.
Als Variante oder Ergänzung kann das Einstellorgan mit einer Dichtkufe versehen sein, die vorzugsweise auf eine Feder montiert ist, was es erlaubt, die Abdichtung zu erzielen, insbesondere auf dem Zweig des Kreislaufs, der der kritischere ist.
Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das Einstellorgan dem abgestumpften Ende entgegengesetzt zwei zylindrische Wandabschnitte, die im Wesentlichen diametral entgegengesetzt sind, um den einen der Fluidausgänge zu steuern. Das ist ganz besonders geeignet, wenn dieser Fluidausgang einen großen Querschnitt besitzt und vermeidet es, den Durchmesser des Ventilkörpers zu erhöhen. Das ist nützlich, wenn man einen ausgewählten Zweig des Kreislaufs isolieren will.
Das Steuerventil umfasst vorteilhafterweise Antriebsmittel, die das Einstellorgan mittels eines Antriebs rads, das zu einem Untersetzungsgetriebe gehört, antreiben können, um es in Winkelpositionen zu bringen, die in Bezug auf den Ventilkörper ausgewählt werden.
Ergänzend umfasst das Ventil einen Mikroprozessor zum Steuern der Antriebsmittel.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Einstellorgan mindestens einen internen Fühler zum Messen der Werte in Zusammenhang mit dem Betrieb des Fluidzirkulationskreislaufs.
Bei einer ersten Ausführungsform sind die internen Fühler Luftpräsenzfühler in dem Kreislauf.
Bei einer besonderen Anwendung weist das Einstellorgan einen ausgehöhlten Kanal auf, der sich über die ganze Länge des Einstellorgans zur Aufnahme der Fühler erstreckt.
Vorteilhafterweise durchquert ein erstes Ende der Fühler das untere Ende des Einstellorgans, das zu der Bodenwand gewandt ist, an einer ausgewählten Stelle, um mit dem Fluid im Kontakt zu sein.
Bei einer zweiten Ausführungsform sind die Fühler Temperaturfühler, und der ausgehöhlte Kanal weist ein unteres Ende aus Messing in Berührung mit dem Fluid auf, um darin das erste Ende der Temperaturfühler aufzunehmen.
Es ist vorteilhaft, dass das zweite Ende der Fühler das obere Ende des Ventils nach außen durchquert, um die von den Fühlern gemessenen Werte zu übertragen.
Ergänzend ist das zweite Ende der Fühler mit Mitteln zur Datenübertragung verbunden, um die von den Fühlern gemessenen Werte an den Mikroprozessor und/oder an einen Rechner zu übertragen.
Bei einer Ausführungsform umfassen die Datenübertragungsmittel kreisförmige Pisten mit elektrischem Kontakt.
Bei dieser Ausführungsform können die Datenübertragungsmittel auch Steckverbinder umfassen, die mit den kreisförmigen Pisten verbunden sind, um die von den Fühlern kommenden Werte zu übertragen.
Die kreisförmigen Pisten können sich auf einem beweglichen Teil des Ventils befinden, während sich die Steckverbinder auf einem stationären Teil des Ventils befinden.
Als Variante können die kreisförmigen Pisten auf einem stationären Teil des Ventils liegen, während die Steckverbinder auf einem beweglichen Teil des Ventils liegen.
Insbesondere ist der bewegliche Teil des Ventils das Antriebsrad der Antriebsmittel.
Das Steuerventil umfasst vorteilhafterweise einen Stecker, der mit den Datenübertragungsmitteln des Ventils verbunden ist, um die Messwerte an den Mikroprozessor und/oder an den Rechner zu übertragen.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Fluidzirkulationskreislauf, der ein wie oben definiertes Steuerventil umfasst, dessen Fluideingang mit einer Fluidquelle verbunden ist, und dessen Fluidausgänge jeweils mit Zweigen des Kreislaufs verbunden sind.
Bei einer bevorzugten Anwendung ist der Kreislauf in Form eines Kühlkreislaufs eines Verbrennungsmotors eines Automobils ausgeführt, der von einem Kühlfluid unter der Einwirkung einer Umwälzpumpe durchlaufen wird. Bei dieser Anwendung ist das Steuerventil ein Dreiwegeventil, dessen Fluideingang mit einem Kühlmitteleinlass, der von dem Motor kommt, verbunden ist, und dessen drei Fluidausgänge jeweils mit einem ersten Zweig des Kreislaufs verbunden sind, der einen Kühler enthält, mit einem zweiten Zweig des Kreislaufs, der eine Abzweigung des Kühlers bildet, und mit einem dritten Zweig des Kreislaufs, der einen Heißlufterzeuger zum Erhitzen des Fahrgastraums enthält.
Bei der folgenden Beschreibung, die nur beispielhaft ist, wird auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in welchen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Steuerventils des Dreiwegetyps gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist,
2 eine Draufsicht des Ventils der 1 ist,
3 und 4 Seitenansichten des Ventils der 1 und 2 sind,
5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V des 3 ist,
6 bis 8 Schnittansichten sind, die jeweils gemäß den Linien VI-VI, VII-VII und VIII-VIII der 4 genommen sind,
9 eine perspektivische Ansicht eines Einstellorgans eines Steuerventils gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist, die mit einem Kanal versehen ist,
10 und 11 zwei Seitenansichten des drehenden Organs der 9 sind,
12 bis 15 Schnittansichten sind, die jeweils den 5 bis 8 für ein Steuerventil entsprechen, das mit einem drehenden Organ gemäß den 9 bis 11 ausgestattet ist,
16 eine perspektivische Ansicht eines Einstellorgans ist, das mit einer Dichtkufe ausgestattet ist,
17 eine Seitenansicht des Einstellorgans der 16 ist,
18 eine Schnittansicht gemäß der Linie XVIII-XVIII der 17 ist,
19 bis 22 andere Schnittansichten, die jeweils den 5 bis 8 entsprechen, eines Steuerventils sind, das mit einem Einstellorgan gemäß den 16 bis 18 ausgestattet ist,
23 bis 30 verschiedene Ansichten, die jeweils zu den 1 bis 9 analog sind, eines Steuerventils gemäß einer anderen Ausführungsform, sind,
31 eine perspektivische Ansicht eines Einstellorgans ist, das mit einem Schlitzring ausgestattet ist,
32 eine Seitenansicht ist, die der 31 entspricht,
33 eine Schnittansicht gemäß der Linie XXXIII-XXXIII der 32 ist,
34 jedes Mal drei unterschiedliche Schnittansichten des Ventils für Winkelpositionen des Einstellorgans nummeriert von 1 bis 21 zeigt, die in Inkrementen von 15° in dem Uhrzeigersinn aufeinander folgen,
35 einen Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors eines Automobils darstellt, der mit einem erfindungsgemäßen Steuer- oder Regulierventil ausgestattet ist,
36 eine perspektivische Ansicht eines Steuerventils des Dreiwegetyps gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist,
37 eine Seitenansicht des Ventils der 36 ist,
38, 39 und 40 radiale Schnittansichten des Ventils der 36 und 37 sind, die jeweils durch die Achsen der drei Ausgangsrohrstutzen verlaufen,
41, 42 und 43 jeweils Schnittansichten gemäß den Linien XLI-XLI, XLII-XLII und XLIII- XLIII der 37 sind,
44 eine Seitenansicht des Einstellorgans des Ventils der 36 bis 43 ist,
45 eine perspektivische Ansicht des Einstellorgans der 44 ist,
46 und 47 analoge Ansichten zu den 44 und 45 sind, wobei das Einstellorgan mit einem Schlitzring ausgestattet ist,
48 jedes Mal drei unterschiedliche Schnittansichten des Ventils der 36 bis 43 für Winkelpositionen des Einstellorgans nummeriert von 1 bis 36 zeigt, die in Inkrementen von 10° in den Uhrzeigersinn aufeinander folgen,
49 und 50 ein Steuerventil mit eingebauten Fühlern zeigen, und
51 ein Antriebsrad darstellt, das kreisförmige Pisten mit elektrischem Kontakt aufweist.
Es wird zuerst auf die 1 bis 8 Bezug genommen, die ein Steuerventil gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigen. Dieses Steuerventil weist einen zylindrischen Körper 12 auf, der von einer Bodenwand 14 und von einer zylindrischen Seitenwand 16 mit der Achse XX begrenzt wird. In die Bodenwand 14 mündet axial ein Fluideingangsrohrstutzen 18. In die zylindrische Seitenwand 16 münden drei Fluidausgangsrohrstutzen 20, 22 und 24. Diese drei Ausgangsrohrstutzen münden in axialen Höhen und Winkelpositionen, die in Bezug auf die Rotationsachse XX ausgewählt werden. Bei dem Beispiel münden die Ausgangsrohrstutzen 20, 22 und 24 radial in die Seitenwand 16. Die Rohrstutzen 20 und 24 sind diametral entgegengesetzt, während der Rohrstutzen 22 einen 90°-Winkel in Bezug auf die gemeinsame Achse der Ausgangsrohrstutzen 20 und 24 bildet. Ferner haben die Ausgangsrohrstutzen 20, 22 und 24 nacheinander sinkende Durchmesser.
Im Inneren des Ventilkörpers 12 ist ein Einstellorgan 26 untergebracht, auch drehendes Organ genannt, das in Form eines massiven zylindrischen Elements ausgeführt ist, das aus Kunststoff sein kann. Der Durchmesser des zylindrischen Elements entspricht im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Ventilkörpers. Das Einstellorgan 26 ist durch einen Schaft 28 verlängert, der gemäß der Achse XX ausgerichtet ist. Dieser Schaft 28 läuft durch eine zentrale Öffnung, die einen Deckel 30 in kreisförmiger Form aufweist, der auf einen Kragen 32 des Ventilkörpers über vier Befestigungsschrauben 34 geschraubt ist, wobei eine Dichtung (nicht dargestellt) eingefügt ist. Das Einstellorgan 26 kann in Drehung um die Achse XX von Antriebsmitteln 36 angetrieben werden, die schematisch in 1 dargestellt sind. Diese Antriebsmittel können zum Beispiel aus einem Motor des Typs Schrittmotor bestehen, der das Einstellorgan 26 in eine Vielzahl verschiedener Positionen bringen kann, entweder durch aufeinander folgende Inkremente oder kontinuierlich.
Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung weist das Einstellorgan 26 ein abgestumpftes Ende 38 auf, das zu der Seite der Bodenwand 14 gewandt ist (wie besser in 5 sichtbar). In dem Beispiel ist dieses abgestumpfte Ende durch eine generell ebene Fläche 40 ausgebildet, die mit der Rotationsachse XX einen ausgewählten Winkel bildet, der in dem Beispiel bei 45° liegt.
Derart erlaubt es das Einstellorgan 26 die Fluidausgänge 20, 22 und 24 mit einem Gesetz zu steuern, das in Abhängigkeit von der Winkelposition des Organs in dem Ventilkörper definiert ist.
In der in den 5 bis 8 dargestellten Position kann das Fluid, das durch den Eingangsrohrstutzen 18 ankommt, nur durch den Ausgangsrohrstutzen 24 austreten, wobei die anderen Ausgangsrohrstutzen 20 und 22 geschlossen sind.
Indem danach die Winkelposition des Einstellorgans geändert wird, kann man den Fluiddurchfluss durch die verschiedenen Ausgangsrohrstutzen 20, 22 und 24 stufenlos anpassen.
Die Position des Einstellorgans 26 wird mittels eines Positionsfühlers 331 gesteuert, der zum Beispiel auf dem Antriebsrad 33 des Getriebes 3 der Antriebsmittel 36 (51) angeordnet ist. Dieser Fühler 331 kann ein Potenziometer mit kreisförmiger Berührungspiste sein, das direkt auf dem Antriebsrad 33 befestigt ist.
Das in den 9 bis 11 dargestellte Einstellorgan 26 ist dem der vorhergehenden Ausführungsform ähnlich, mit der Ausnahme, dass das abgestumpfte Ende 38 einen Kanal 42 mit ausgewählter Form aufweist, der hier im Wesentlichen eine Kreisbogenform hat, die um die Achse XX zentriert ist. Dieser Kreisbogenkanal erstreckt sich im Wesentlichen über 90°, wie in den 12 bis 15 sichtbar, die jeweils den 5 bis 8 der vorhergehenden Ausführungsform entsprechen.
Die Gegenwart dieses Kanals erlaubt es, ein stufenloses Öffnen des Ventils auf zwei Wegen dieses Letzteren durchzuführen, nämlich auf den Ausgangsrohrstutzen 22 und 24.
Die Position des Einstellorgans 26 der 12 bis 15 entspricht der des Einstellorgans 26 der 5 bis 8. Die Gegenwart dieses Kanals bewirkt jedoch, dass ein kleiner Fluiddurchfluss durch den Ausgangsrohrstutzen 22 austreten kann, während dieser Ausgangsrohrstutzen in dem Fall der vorhergehenden Ausführungsform komplett geschlossen ist. Der Ausgangsrohrstutzen 20 hingegen ist auch hier von dem Einstellorgan 26 verschlossen.
Nun wird auf die 16 bis 18 Bezug genommen, die ein analoges Einstellorgan 26 zu dem der Ausführungs form der 1 bis 8 zeigen. Der Hauptunterschied liegt in der Tatsache, dass dieses Organ hier mit einer Dichtkufe 44 in zylindrischer Form versehen ist, die in einer Aufnahme 46 aufgenommen ist, die an der Peripherie des drehenden Organs eingerichtet ist und von einer Feder 48 beansprucht wird. Diese Dichtkufe erlaubt es, eine Abdichtung auf der kritischsten Ebene des Kreislaufs sicherzustellen. Die Gegenwart der Feder erlaubt es, die Dehnungsvariationen der Werkstoffe aufgrund der Temperaturschwankungen des Fluids, das das Ventil durchquert, auszugleichen.
In den 19 bis 22, die jeweils den 5 bis 8 entsprechen, gewährleistet die Dichtkufe 44 in der dargestellten Stellung die Abdichtung mit dem Rohrstutzen 20.
Es wird nun auf die 23 bis 30 Bezug genommen, die jeweils den 1 bis 8 ähnlich sind, wobei das Einstellorgan 26 hier mit einer Dichtkufe 44 wie bei der vorhergehenden Ausführungsform versehen ist. Der Hauptunterschied liegt hier in der Tatsache, dass die Rohrstutzen 20 und 24 tangenzial in den Ventilkörper 12 münden, während der Rohrstutzen 22 radial in Letzteren mündet.
Es wird nun auf die 31 bis 33 Bezug genommen, die ein analoges Einstellorgan zu dem der 1 bis 8 darstellen. Das Einstellorgan ist hier mit einem Schlitzring 50 abgedeckt, der einen Schlitz 52 aufweist, um einen Durchgang für einen Dorn 54 zu lassen, der radial vorstehend auf dem Einstellorgan ausgebildet ist. Daraus ergibt sich, dass dieser Schlitzring in Drehung fest mit dem Einstellorgan 26 verbunden ist. Der Schlitzring 50 besteht aus einem Werkstoff mit geringem Reibungskoeffizienten, zum Beispiel aus Teflon^® (Polytetrafluorethylen), aus PPA oder aus PPS, mit oder ohne Oberflächenbeschichtung.
Ferner weist dieser Schlitzring einen Außendurchmesser auf, der leicht größer ist als der Innendurchmesser des Ventilkörpers vor der Montage, und einen Innendurchmesser, der leicht größer ist als der Durchmesser des Einstellorgans nach der Montage. Das erlaubt es, einen dichten Kontakt des Schlitzrings auf dem Körper zu garantieren, ohne ein zu hohes Moment zu bewirken.
Es wird nun auf die 34 Bezug genommen, die verschiedene aufeinander folgende Positionen des Einstellorgans, von 1 bis 21 nummeriert, jedes Mal jeweils auf der Ebene der drei Ausgangsrohrstutzen 20, 22 und 24 zeigt. Bei diesem Beispiel werden die Positionen durch aufeinander folgende Drehungen um 15° in den Uhrzeigersinn des Einstellorgans im Inneren des Ventilkörpers erzielt. Man stellt daher fest, dass die verschiedenen Ausgangsrohrstutzen mit einem definierten Gesetz und stufenlos geöffnet und geschlossen werden können.
Diese verschiedenen Positionen werden durch die Antriebsmittel 36 erzielt, die von einer entsprechenden Steuerschaltung gesteuert werden.
Es wird nun auf 35 Bezug genommen, die einen Kreislauf 60 zum Kühlen eines Verbrennungsmotors 62 eines Automobils darstellt. Der Kreislauf 60 wird von einem Kühlmittel durchlaufen, typisch Wasser mit einem Frostschutzmittel, das unter der Einwirkung einer Umwälzpumpe 78 zirkuliert. Das Fluid wird von dem Motor erhitzt, verlässt Letzteren durch einen Ausgang 64, der mit dem Eingangsrohrstutzen 18 eines Steuerventils 10 des oben beschriebenen Typs verbunden ist. Dieses Ventil umfasst drei Ausgangsrohrstutzen 20, 22 und 24, die mit drei Zweigen des Kreislaufs verbunden sind. Dieser Kreislauf weist einen ersten Zweig 66 auf, der einen Kühler 68 und ein Expansionsgefäß 70 aufweist, einen Zweig 72, der eine Abzweigung des Kühlers 68 bildet, und einen Zweig 74, der einen Heißlufterzeuger 76 aufweist, der zum Erhitzen des Fahrgastraums des Fahrzeugs dient. Der Rohrstutzen 20 ist mit dem Zweig 66 (Kühler) verbunden, der Rohrstutzen 22 mit dem Zweig 74 (Heißlufterzeuger) und der Rohrstutzen 24 mit dem Zweig 72 (Abzweigung).
Das Ventil erlaubt es daher, die Fluiddurchflüsse in den oben genannten Zweigen unabhängig zu verwalten, um die Temperatur des Verbrennungsmotors und die Heizung des Fahrgastraums zu optimieren.
Insbesondere erlaubt es beim Kaltstarten des Motors das Zirkulieren des Fluids in dem Abzweigzweig 72, ohne über den Kühler 68 zu laufen. Während dieser Startphase ist es auch möglich, einen Teil oder den ganzen Fluiddurchfluss in dem Heißlufterzeuger 76 durchlaufen zu lassen, wenn eine Heizung erwünscht ist.
Wenn die Temperatur des Fluids einen gegebenen Schwellenwert erreicht oder überschritten hat, läuft das Fluid durch den Kühler 68 und umgeht die Abzweigung 72. Ferner kann, je nach dem, ob eine Heizung gewünscht wird oder nicht, ein Teil des Fluids durch den Heißlufterzeuger 76 laufen oder nicht.
Das Steuerventil der 36 bis 47 ist ähnlich denen, die zuvor beschrieben wurden, wobei die gemeinsamen Elemente die gleichen Bezugszeichen tragen.
Die Ausgangsrohrstutzen 20 und 22 bilden untereinander einen Winkel in der Nähe von 90°, während sich der Ausgangsrohrstutzen 24 zwischen den Rohrstutzen 20 und 22 erstreckt. Ferner besitzt der Ausgangsrohrstutzen 24, der dem Deckel 30 am nächsten liegt, einen größeren Durchmesser als der der vorhergehenden Ausführungsformen. Daher müsste normalerweise der Durchmesser des Ventilkörpers erhöht werden. Um das zu vermeiden, weist das Einstellorgan 26 dem abgestumpften Ende 38 entgegengesetzt zwei Abschnitte zylindrischer Wand 78 und 80 auf, die einander im Wesentlichen diametral ent gegengesetzt sind, um den Ausgangsrohrstutzen 24 zu steuern.
Diese zwei Wandabschnitte 78 und 80 verlängern das Einstellorgan 26 in die Richtung, die der des abgestumpften Endes 38 entgegengesetzt ist, und sie sind in der Form von zwei Werkstoffschirmen ausgeführt, die sich in Entfernung von dem Schaft 28 des Einstellorgans erstrecken. Man sieht insbesondere in den 39 bis 41, wie es diese zwei Wandabschnitte erlauben, den Zugang zu dem Ausgangsrohrstutzen 24 in Abhängigkeit von der Winkelposition des Einstellorgans zu schließen oder zu öffnen.
Bei dieser Ausführungsform weist das Einstellorgan 26 eine periphere Region 82 auf, die mit kreisförmigen Rillen 84 versehen ist (siehe insbesondere 44 und 45). Wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen erhält das Einstellorgan 26 einen Schlitzring 50. Letzterer deckt gleichzeitig die periphere Region 82 und die zwei Wandabschnitte 78 und 80 ab. Die Aufgabe dieser kreisförmigen Rillen 84 besteht darin, den Schlitzring 50 gegen die Innenwand des Ventilkörpers durch Druckunterschied anzudrücken, was es erlaubt, beim Betrieb eine gute Abdichtung sicherzustellen.
Das Ventil der 36 bis 47 hat in dem Kreislauf des Typs, der in 35 dargestellt ist, eine besondere Verwendung. In diesem Fall ist der Ausgangsrohrstutzen 20 mit dem Zweig 66 (Kühler) verbunden, der Ausgangsrohrstutzen 22 mit dem Zweig 74 (Heißlufterzeuger), und der Rohrstutzen 24 mit dem Zweig 72 (Abzweigung).
Es wird nun auf 48 Bezug genommen, die verschiedene aufeinander folgende Positionen des Einstellorgans von 1 bis 36 nummeriert jeweils auf der Ebene der drei Ausgangsrohrstutzen 20, 22 und 24 zeigt. In dem Beispiel werden die Positionen durch aufeinander folgende Drehungen um 10 Grad in den Uhrzeigersinn des Einstellorgans im Inneren des Ventilkörpers erzielt. Man stellt daher fest, dass die verschiedenen Ausgangsrohrstutzen mit einem definierten Gesetz und stufenlos geöffnet oder geschlossen werden können.
Unter Bezugnahme auf die 49 und 50 ist es möglich, Fühler in das erfindungsgemäße Steuerventil einzubauen. Das Steuerventil erlaubt es nämlich, Fühler direkt in das Einstellorgan 26 in Drehung um die Achse XX einzubauen. Man kann in das Einstellorgan 26 beliebige Fühler geben, die Werte in Zusammenhang mit dem Kühlkreislauf des Motors messen können, zum Beispiel:

– einen Temperaturfühler der Kühlflüssigkeit,
– einen Temperaturfühler eines gefährdeten Bauteils auf dem Stellglied des Ventils,
– einen Druckfühler des Kühlkreislaufs, um jedes Überhitzen des Motors vorwegzunehmen und einen Schadbetrieb für das Ventil, den Ventilator und die Pumpe, und dann bei Bedarf für den Motor auszulösen,
– einen Fühler der Gegenwart von Luft in der Kühlflüssigkeit usw.

49 stellt das Einbauen der Fühler in ein Einstellorgan mit abgestumpften Ende 38 dar. Ein Temperaturfühler der Kühlflüssigkeit 5 und ein Fühler 13 der Gegenwart von Luft in der Kühlflüssigkeit sind in das Einstellorgan 26 eingebaut. Diese Fühler bestehen aus zwei Elektroden. Ein zylindrischer Kanal 7 ist in dem Einstellorgan 26 ausgehöhlt, um die Fühler 13 und 5 aufzunehmen.
Der zylindrische Kanal 7 umfasst ein Ende aus Messing 51, das mit der Kühlflüssigkeit ungeachtet der Position des Einstellorgans in Berührung ist. Der Temperaturfühler 5 ist in den zylindrischen Kanal so eingeführt, dass sein unteres Ende in dem Ende aus Messing aufge nommen ist. Der Temperaturfühler kann daher die Temperatur der Kühlflüssigkeit auch dann messen, wenn das Einstellorgan in Drehung um die Achse XX ist.
Es gibt mehrere Ausführungsvarianten, um die Fühler einzubauen. Das Einstellorgan ist ausgebildet, um die Fühler aufnehmen zu können, wobei insbesondere die Beschaffenheit des Fühlers und seine Form berücksichtigt werden. Das Einbauen der Fühler 5 und 13 ist beispielhaft aber nicht einschränkend dargestellt. Andere Einbauformen sind möglich.
Der Fühler der Gegenwart von Luft in der Kühlflüssigkeit 13 weist zum Beispiel einen ersten Teil auf, der in den zylindrischen Kanal eingefügt ist, während sein unteres Ende das Einstellorgan 26 bis zu seinem abgestumpften Ende 28 außerhalb des zylindrischen Kanals durchquert, um mit der Kühlflüssigkeit in Berührung zu sein.
Bei allen Ausführungsformen durchqueren die unteren Enden der Fühler das untere Ende des Einstellorgans 26, das zu der Bodenwand 14 gewandt ist. Derart kann der Fühler 13 auch unabhängig von der Winkelposition des Einstellorgans mit der Kühlflüssigkeit in Berührung sein. Er kann daher Werte in Zusammenhang mit der Gegenwart von Luft in der Kühlflüssigkeit messen.
Die von den Fühlern gemessenen Werte werden danach zum Äußeren des Ventils zu einer Verarbeitung übertragen, die die Überwachung des Kühlkreislaufs und die Diagnose der eventuellen Funktionsstörungen gewährleisten soll.
Es wird nun auf 50 Bezug genommen, die eine Draufsicht des in 49 dargestellten Ventils ist. In dieser Figur weist das Antriebsrad 33 des Getriebes 3 kreisförmige Pisten 17 auf. Die kreisförmigen Pisten sind daher ebenfalls beweglich. Als Variante können die kreisförmigen Pisten auf einem anderen beweglichen Teil des Ventils getrennt von dem Antriebsrad eingerichtet werden, zum Beispiel auf einer Leiterplatte, die parallel zu dem Antriebsrad installiert wird.
Vorteilhafterweise sind die oberen Enden der Fühler mit diesen kreisförmigen Pisten durch elektrischen Kontakt verbunden, um die relative Bewegung des Einstellorgans in Bezug auf den Ventilkörper 12 zu erlauben und die Torsion der Leiter zu vermeiden. Diese Verbindung erlaubt es den Fühlern, die gemessenen Werte an die kreisförmigen Pisten zu übertragen.
Die kreisförmigen Pisten sind mit Steckverbindungen des Typs Bürste 19 verbunden, die auf einem stationären Teil des Ventils angeordnet sind, zum Beispiel auf der Leiterplatte, die den Mikroprozessor 39 aufnimmt, der das Ventil steuert, oder auf dem Schutzgehäuse 8 der äußeren Bauteile des Ventils, wie zum Beispiel auf dem Getriebe 3 oder auf dem Antriebsrad 33. Die Steckverbindungen übertragen die von den kreisförmigen Pisten empfangenen Daten zu einem einzigen Stecker 37. Aufgrund der Gruppierung der oberen Enden der Fühler ist es daher nicht mehr nötig, zahlreiche Stecker zu verwenden, um die Messwerte zu dem Mikroprozessor und/oder zu dem Rechner zu leiten.
Der Stecker 37 überträgt daher die Informationen in Zusammenhang mit den Werten, die von den Fühlern gemessen werden, an den Mikroprozessor, der das Ventil steuert (Versorgung, Steuersignal und Diagnose) und/oder an den Rechner des Fahrzeugs, indem diesem die Daten geliefert werden, die für die Kartographie des Motors erforderlich sind, wie zum Beispiel die Temperatur der Flüssigkeit.
Als Variante kann man auswählen, die kreisförmigen Pisten 17 auf einem der stationären Teile des Ventils und die Steckverbindungen 19 auf einem der beweglichen Teile des Ventils anzuordnen.
Ferner können die kreisförmigen Pisten durch andere Datenübertragungsmittel ersetzt werden, die Daten von den oberen Enden der Fühler zu dem Stecker übertragen können, wie zum Beispiel berührungslose Fühler, insbesondere mit Halleffekt, optisch oder magnetoresistiv.
Das Einbauen der Fühler in das Innere des Ventils gemäß der Erfindung erlaubt es, das Funktionieren des Kühlkreiskaufs zu überwachen und gegebenenfalls Pannen zu diagnostizieren. Im Schadbetrieb erlaubt es ferner das Anpassen des Betriebs des Ventils. Das Ventil kann daher allein die Temperatur des Motors regulieren und alle Pannen von Stellgliedern (Ventilator, Pumpe, Ventil, Flüssigkeitsleck usw.) vor dem Überhitzen des Motors beim Rechner diagnostizieren.
Das Einbauen von Fühlern in das erfindungsgemäße Steuerventil garantiert eine bessere Verhütung und Sicherheit des Betriebs des Motors. Sie erlaubt ferner das Verringern der Anzahl der Teile und der Kosten der Regulierfunktion des Kühlkreislaufs.
Man kann eine Ausführungsform in Betracht ziehen, bei der die Eingänge und Ausgänge auf dem Ventilkörper umgekehrt sind. Im Sinne der Erfindung sind die Begriffe „Fluideingang" und „Fluidausgang" in Bezug auf die Position des Ventils in dem Kühlkreislauf definiert. Bei anderen Ausführungsformen, zum Beispiel wenn das Ventil am Eingang des Motors (62) des Kühlkreislaufs angeordnet ist, sind die Begriffe „Fluideingang" und „Fluidausgang" umgekehrt, und in diesem Fall ist der Rohrstutzen 18 ein Fluidausgang und die Rohrstutzen 20, 22 und 24 sind Fluideingangsrohrstutzen.

Claims

Steuerventil für einen Fluidzirkulationskreislauf, umfassend einen Körper (12), der mit mindestens einem Fluideingang (18) und mit mindestens zwei Fluidausgängen (20, 22, 24) versehen ist und eine Aufnahme für ein Einstellorgan (26) abgrenzt, das um eine Rotationsachse (XX) drehen und verschiedene Winkelstellungen einnehmen kann, um die Verteilung des Fluids durch Ausgänge zu steuern, wobei der Körper (12) eine Bodenwand (14) umfasst, in welche der Fluideingang (18) mündet, und eine Seitenwand (16), in welche die Fluidausgänge (20, 22, 24) in axialen Höhen und in Winkelpositionen münden, die in Bezug auf die Rotationsachse (XX) ausgewählt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellorgan ein abgestumpftes Ende (38) umfasst, das zu der Bodenwand (14) des Körpers (12) gewandt ist, wobei das abgestumpfte Ende einen Teil mit der Form des Einstellorgans definiert, um die Steuerung der Fluidausgänge mit einem Gesetz zu steuern, das in Abhängigkeit von der Winkelposition des in dem Ventilkörper (12) drehenden Organs definiert ist.
Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (12) eine zylindrische Aufnahme für das Einstellorgan (26) abgrenzt, dass die Seitenwand (16) eine zylindrische Wand ist, und dass das abgestumpfte Ende (38) eine im Allgemeinen ebene Seite (40) umfasst, die mit der Rotationsachse (XX) einen ausgewählten Winkel (A) bildet.
Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgewählte Winkel in der Nähe von 45 Grad liegt.
Steuerventil nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Fluidausgänge (20, 22, 24) ein radialer Rohrstutzen ist.
Steuerventil nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Fluidausgänge (20, 22, 24) ein tangentialer Rohrstutzen ist,
Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er drei Fluidausgänge (20, 22, 24) umfasst.
Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellorgan (26) mit einem Schlitzring (50) bedeckt ist, der in Drehung fest mit einem vorstehenden Dorn (54) verbunden ist, den das Einstellorgan umfasst.
Steuerventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitzring (50) aus einem Werkstoff mit geringem Reibungskoeffizienten besteht.
Steuerventil nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitzring (50) einen Außendurchmesser leicht größer als der Innendurchmesser des Ventilkörpers (12) vor der Montage und einen Innendurchmesser gleich größer als der Durchmesser des Einstellorgans (26) nach der Montage aufweist.
Steuerventil nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitzring (50) eine Region (82) des Einstellorgans, die mit kreisförmigen Rillen (84) versehen ist, abdeckt.
Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das abgestumpfte Ende (38) des Einstellorgans (26) einen Kanal (42) umfasst, der eine ausgewählte Form, vorteilhafterweise im Kreisbogen hat.
Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellorgan (26) mit einer Dichtkufe (44) versehen ist.
Steuerventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkufe (44) auf eine Feder (48) montiert ist.
Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellorgan (26) dem abgestumpften Ende (38) entgegengesetzt zwei zylindrische Wandabschnitte (78, 80) umfasst, die im Wesentlichen diametral entgegengesetzt sind, um den einen (24) der Fluidausgänge zu steuern.
Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass es Antriebsmittel (36) umfasst, die das Einstellorgan (26) mit einem Antriebsrad (33), das zu einem Untersetzungsgetriebe (3) gehört, antreiben können, um es in eine der in Bezug auf den Ventilkörper (12) ausgewählten Winkelpositionen zu bringen.
Steuerventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil einen Mikroprozessor (39) zum Steuern der Antriebsmittel (36) umfasst.
Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellorgan (26) mindestens einen internen Fühler (5, 13) zum Messen der Werte in Zusammenhang mit dem Betrieb des Fluidzirkulationskreislaufs umfasst.
Steuerventil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die internen Fühler Luftpräsenzfühler (13) in dem Kreislauf sind,
Steuerventil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellorgan (26) einen ausgehöhlten Kanal (7) umfasst, der sich über die ganze Länge des Einstellorgans (26) zur Aufnahme der Fühler (5, 13) erstreckt.
Steuerventil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Ende der Fühler (5, 13) das untere Ende des Einstellorgans (26), das zu der Bodenwand (14) gekehrt ist, an einer ausgewählten Stelle durchquert, um mit dem Fluid in Kontakt zu sein und Messungen durchzuführen.
Steuerventil nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Fühler Temperaturfühler (5) sind, und dass der ausgehöhlte Kanal ein unteres Ende aus Messing in Berührung mit dem Fluid umfasst, um darin das erste Ende der Fühler (5) aufzunehmen.
Steuerventil nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende der Fühler (5, 13) das obere Ende des Ventils (28) nach außen durchquert, um die von den Fühlern gemessenen Werte zu übertragen.
Steuerventil nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende der Fühler mit Datenübertragungsmitteln verbunden ist, um die von den Fühlern gemessenen Werte an den Mikroprozessor (39) und/oder an einen Rechner zu übertragen.
Steuerventil nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragungsmittel kreisförmige Pisten (17) mit elektrischem Kontakt umfassen.
Steuerventil nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragungsmittel Stecker umfassen, die mit den kreisförmigen Pisten (17) verbunden sind, um die von den Fühlern kommenden Werte zu übertragen.
Steuerventil nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass sich die kreisförmigen Pisten (17) in einem beweglichen Teil des Ventils befinden, und dass sich die Stecker auf einem stationären Teil des Ventils befinden.
Steuerventil nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass sich die kreisförmigen Pisten (17) auf einem stationären Teil des Ventils befinden, und dass sich die Stecker auf einem beweglichen Teil des Ventils befinden.
Steuerventil nach einem der Ansprüche 26 und 27 kombiniert mit Anspruch 15 genommen, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Teil des Ventils das Antriebsrad (33) der Antriebsmittel (36) ist.
Steuerventil nach Anspruch 23, kombiniert mit Anspruch 16 genommen, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Stecker umfasst, der mit den Datenübertragungsmitteln des Ventils verbunden ist, um die Messwerte an den Mikroprozessor (39) und/oder an den Rechner zu übertragen.
Fluidzirkulationskreislauf, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Steuerschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 29 umfasst, dessen Fluideingang (18) mit einer Fluidquelle (64) verbunden ist, und dessen Fluidausgänge (20, 22, 24) jeweils mit Zweigen (66, 72, 74) des Kreislaufs verbunden sind.
Fluidzirkulationskreislauf nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass er in Form eines Kühlkreises (60) eines Verbrennungsmotors (62) eines Automobils ausgeführt ist, der von einem Kühlfluid unter Einwirkung einer Umwälzpumpe (78) durchlaufen wird, und dass das Steuerventil (10) ein Dreiwegeventil ist, dessen Fluideingang (18) mit einem Kühlmitteleinlass (64), der von dem Motor (62) kommt, verbunden ist, und dass die drei Fluidausgänge (20, 22, 24) jeweils einer mit einem ersten Zweig (66) des Kreislaufs, der einen Kühler (68) enthält, einer mit einem zweiten Zweig (72) des Kreislaufs, der eine Abzweigung des Kühlers (68) bildet, einer mit einem dritten Zweig (74) des Kreislaufs, der einen Heißlufterzeuger (76) zum Erhitzen des Fahrgastraums enthält, verbunden ist.