DE102004011288B4 - Expansion tank for a cooling device of a motor vehicle internal combustion engine - Google Patents

Expansion tank for a cooling device of a motor vehicle internal combustion engine Download PDF

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Abstract

Ausgleichsbehälter für eine Kühleinrichtung einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine umfassend ein Ober- und ein Unterteil, einen ersten Kühlmittelanschluss im Unterteil und einen zweiten Kühlmittelanschluss im Oberteil sowie eine dem Oberteil, einem einen Einfüllstutzen verschließenden Deckel, zugeordnete Entlüftungseinrichtung, wobei die Entlüftungseinrichtung (100) wenigstens eine Leitung (118) zur gezielten Abführung eines Entlüftungsmediums aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Leitung (210) zur Abführung eines im wesentlichen gasförmigen Entlüftungsmediums und eine zweite Leitung (208) zur Abführung eines im wesentlichen flüssigen Entlüftungsmediums vorgesehen ist.Compensating tank for a cooling device of a motor vehicle internal combustion engine comprising an upper part and a lower part, a first coolant connection in the lower part and a second coolant connection in the upper part as well as a ventilation device assigned to the upper part, a cover closing a filler neck, the ventilation device (100) having at least one line (118 ) for the targeted removal of a venting medium, characterized in that a first line (210) is provided for removing an essentially gaseous venting medium and a second line (208) is provided for removing an essentially liquid venting medium.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ausgleichsbehälter für eine Kühleinrichtung einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine umfassend ein Ober- und ein Unterteil, einen ersten Kühlmittelanschluss im Unterteil und einen zweiten Kühlmittelanschluss im Oberteil sowie eine dem Oberteil, insbesondere einem einen Einfüllstutzen verschließenden Deckel zugeordnete Entlüftungseinrichtung.The invention relates to an expansion tank for a cooling device of a motor vehicle internal combustion engine comprising an upper and a lower part, a first coolant connection in the lower part and a second coolant connection in the upper part and a ventilation device associated with the upper part, in particular a cover closing a filler neck.

Ein derartiger, im Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschinen angeordneter Ausgleichbehälter ist beispielsweise in der DE 39 20 898 C1 gezeigt und beschrieben. Der Ausgleichsbehälter besteht aus einem Oberteil sowie einem Unterteil, welche bevorzugt in Kunststoff gefertigt sind und von denen zumindest eines der beiden Teile durchsichtig gehalten ist. Ein ein Überdruckventil umfassender Deckel verschließt einen Einfüllstutzen im Oberteil. Das Überdruckventil öffnet bei einem einen vorbestimmten Wert übersteigenden Druck im Kühlkreislauf respektive im Ausgleichsbehälter, so dass ein Druckabbau erfolgen kann, wobei im Kühlkreislauf befindliches Medium, wie Luft oder Kühlwasser, austritt.Such, arranged in the cooling circuit of an internal combustion engine expansion tank is for example in the DE 39 20 898 C1 shown and described. The expansion tank consists of an upper part and a lower part, which are preferably made of plastic and of which at least one of the two parts is kept transparent. A comprehensive overpressure valve lid closes a filler neck in the upper part. The pressure relief valve opens at a pressure exceeding a predetermined value in the cooling circuit respectively in the expansion tank, so that a pressure reduction can take place, wherein in the cooling circuit befindliches medium, such as air or cooling water exits.

Insbesondere in Zusammenhang mit gasbetriebenen, beispielsweise wasserstoffbetriebenen, Brennkraftmaschinen kann der Kühlkreislauf auch einen Wärmetauscher zur Kraftstofferwärmung oder -kühlung umfassen, wobei gegebenenfalls über diesen Wärmetauscher Kraftstoff in den Kühlkreislauf gelangen kann. Ebenso kann auch aufgrund einer undichten Zylinderkopfdichtung unverbrannter Kraftstoff in den Kühlkreislauf gelangen.In particular, in connection with gas-driven, for example, hydrogen-powered, internal combustion engines, the cooling circuit may also include a heat exchanger for fuel heating or cooling, which may optionally pass through this heat exchanger fuel in the cooling circuit. Likewise, unburned fuel can also enter the cooling circuit due to a leaking cylinder head gasket.

Erfolgt bei einer derartigen Brennkraftmaschine ein Druckabbau im Kühlkreislauf über das Überdruckventil, kann das Entlüftungsmedium unverbrannten Kraftstoff enthalten. Gerade Wasserstoff (H2) bildet in weiten Konzentrationsbereichen ein zündfähiges Gemisch, so dass die Gefahr einer unbeabsichtigten Entzündung beispielsweise an heißen Brennkraftmaschinenteilen oder durch Funken besteht.If, in such an internal combustion engine, a pressure reduction in the cooling circuit via the pressure relief valve, the venting medium may contain unburned fuel. Especially hydrogen (H 2 ) forms an ignitable mixture in wide concentration ranges, so that there is the danger of unintentional ignition, for example on hot engine parts or due to sparks.

Aus der DE 39 20 898 ist ein Ausgleichsbehälter für ein Kühlsystem einer Brennkraftmaschine bekannt, mit einem Oberteil und einem Unterteil, mit einer im Unterteil mündenden Entlüftungsleitung sowie mit einer dort von dieser abzweigenden, in einem im Oberteil angeordneten Überdruckventil mündende Steuerleitung.From the DE 39 20 898 is a surge tank for a cooling system of an internal combustion engine is known, with an upper part and a lower part, with a venting line opening out in the lower part and there with a branching from this, in a arranged in the upper part pressure relief valve control line.

Die EP 0 509 223 A2 beschreibt einen Verschlussdeckel für einen Kraftfahrzeugkühler mit einem Deckelaußenteil, einem mit diesem verbundenen, in die zu verschließende Öffnung eintauchenden topfförmigen Deckelinnenteil und einem in diesem angeordneten Überdruckventil zum Öffnen und Schließen eines durch das Deckelinnenteil verlaufenden Druckausgleichskanals mit einem axial beweglichen ersten Ventilkörper, der eine erste ringförmige, annähernd achsnormale Dichtfläche trägt und mit dieser durch eine Feder in Richtung auf den Boden des Deckelinnenteils gegen eine ringförmige erste Gegendichtfläche gespannt wird.The EP 0 509 223 A2 describes a cap for a motor vehicle radiator with a lid outer part, a connected thereto, dipping into the opening to be closed cup-shaped inner lid part and a pressure relief valve arranged therein for opening and closing a running through the inner cover part pressure equalization channel with an axially movable first valve body having a first annular , carries approximately axially normal sealing surface and is clamped with this by a spring in the direction of the bottom of the inner cover part against an annular first counter-sealing surface.

Des weiteren zeigt die US 2,170,214 einen Radiator mit einem Überlaufrohr, einem Auffangbereich an dem Überlaufrohr und einer Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Radiator und einem unteren Abschnitt des Auffangbereichs.Furthermore, the shows US 2,170,214 a radiator having an overflow tube, a catchment area on the overflow tube and a fluid connection between the radiator and a lower portion of the catchment area.

Auch für diese Anordnungen bestehen die voranstehend beschriebenen Gefahren.Also for these arrangements are the hazards described above.

Aufgabe der Erfindung ist es, hier Abhilfe zu schaffen und einen eingangs genannte Ausgleichsbehälter bereitzustellen, welcher eine sichere Abführung des Entlüftungsmediums ermöglicht und die Gefahr einer unbeabsichtigten Entzündung vermeidet.The object of the invention is to remedy this situation and to provide an aforementioned surge tank, which allows a safe discharge of the venting medium and avoids the risk of accidental ignition.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wobei gemäß der zugrundeliegenden Idee die Entlüftungseinrichtung wenigstens eine Leitung zur gezielten Abführung eines Entlüftungsmediums aufweist, und eine erste Leitung zur Abführung eines im wesentlichen gasförmigen Entlüftungsmediums und eine zweite Leitung zur Abführung eines im wesentlichen flüssigen Entlüftungsmediums vorgesehen ist.The object is achieved by the features of claim 1, wherein according to the underlying idea, the venting device has at least one line for targeted removal of a venting medium, and a first conduit for discharging a substantially gaseous venting medium and a second conduit for discharging a substantially liquid Venting medium is provided.

Besonders zu bevorzugende Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Particularly preferred embodiments and developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Zweckmäßigerweise umfasst die Entlüftungseinrichtung eine Trenneinrichtung zur Trennung des Entlüftungsmediums in eine im wesentlichen gasförmige und eine in wesentlichen Flüssige Fraktion und zu deren Zuführung zur jeweiligen Leitung.Expediently, the venting device comprises a separating device for separating the venting medium into a substantially gaseous fraction and an essentially liquid fraction and for feeding them to the respective line.

Ebenfalls sehr zweckmäßig ist es, wenn die zweite Leitung einen flüssigkeitsgefüllten Siphon umfasst, so dass ein Austritt gasförmigen Entlüftungsmediums über diese Leitung verhindert wird. Die, auch wiederholte, Befüllung des Siphons kann mittels austretendem flüssigen Kühlmedium erfolgen.It is also very expedient if the second line comprises a liquid-filled siphon, so that a discharge of gaseous deaerating medium is prevented via this line. The, also repeated, filling of the siphon can be done by means of exiting liquid cooling medium.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste Leitung im Bereich unter der Brennkraftmaschinenraumhaube und die zweite Leitung im Bereich des Fahrzeugunterbodens mündet. Gasförmiges Entlüftungsmedium wird so nach oben in einen entzündungssicheren Bereich und flüssiges Entlüftungsmedium nach unter abgeführt, ohne Verschmutzungen zu verursachen.It is particularly advantageous if the first line opens in the area below the engine compartment cover and the second line in the area of the vehicle underbody. Gaseous vent medium is thus discharged upward into an ignition-proof area and liquid vent medium downward, without causing soiling.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Entlüftungseinrichtung eine den Deckel haubenartig dicht umschließende Auffangeinrichtung für das Entlüftungsmedium auf. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the venting device has a hood-like tightly enclosing collecting device for the venting medium.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die erste Leitung einen Sensor zur Detektion von Kraftstoff umfasst. Ebenfalls als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn im Abströmbereich der ersten Leitung ein Sensor zur Detektion von Kraftstoff vorgesehen ist. Insbesondere kann ein Abströmen im Bereich eines ohnehin vorhandenen Sensors erfolgen, so dass sich ein zusätzlicher Sensor erübrigt. Beispielsweise ist der Sensor ein zur Detektion von gasförmigem Kraftstoff geeigneter Gassensor.It is particularly advantageous if the first line comprises a sensor for detecting fuel. It is also considered to be particularly advantageous if a sensor for detecting fuel is provided in the outflow region of the first line. In particular, an outflow in the region of an already existing sensor can take place, so that an additional sensor is unnecessary. For example, the sensor is a gas sensor suitable for the detection of gaseous fuel.

Zweckmäßigerweise, insbesondere, wenn die Brennkraftmaschine mit Wasserstoff betreibbar ist, kommt als Sensor ein zur Detektion von gasförmigem Wasserstoff geeigneter Gassensor zum Einsatz.Expediently, in particular when the internal combustion engine can be operated with hydrogen, a gas sensor suitable for the detection of gaseous hydrogen is used as the sensor.

Nachfolgend ist unter Bezugnahme auf Figuren ein besonders zu bevorzugendes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, dabei zeigen schematisch und beispielhaftHereinafter, with reference to figures, a particularly preferable embodiment of the invention is explained in more detail, showing schematically and by way of example

1 eine Auffangeinrichtung für ein Entlüftungsmedium und 1 a collecting device for a venting medium and

2 eine Leitungsanordnung zur Abführung eines Entlüftungsmediums. 2 a conduit arrangement for the discharge of a venting medium.

1 zeigt den oberen Teil eines Kühlmittelausgleichsbehälters 102 mit einem Einfüllstutzen 104, welcher zur Befüllung und zur Entlüftung des Kühlmittelkreislaufs sowie zum Abbau von Überdruck dient. Der Einfüllstutzen 104 ist mit einem ein Ventil 108 umfassenden Deckel 106 verschlossen. In den Kühlmittelkreislauf ist der Ausgleichsbehälter 102 mittels Kühlmittelanschlussleitungen am oberen und am hier nicht näher dargestellten unteren Teil eingebunden. Der Ausgleichsbehälter 102 besteht aus Kunststoff, insbesondere PA 6.6 mit ca. 30% Glasfaser verstärkt, und ist gegebenenfalls zumindest bereichsweise transparent ausgestaltet. Übersteigt der Druck im Kühlmittelkreislauf respektive im Ausgleichsbehälter einen vorbestimmten Wert, öffnet das Ventil 108, so dass ein Druckabbau erfolgen kann. 1 shows the upper part of a coolant expansion tank 102 with a filler neck 104 , which is used for filling and venting the coolant circuit and for reducing excess pressure. The filler neck 104 is one with a valve 108 comprehensive lid 106 locked. In the coolant circuit is the expansion tank 102 integrated by means of coolant connection lines at the top and the lower part not shown here. The expansion tank 102 consists of plastic, in particular PA 6.6 reinforced with about 30% glass fiber, and is optionally configured at least partially transparent. If the pressure in the coolant circuit or in the expansion tank exceeds a predetermined value, the valve opens 108 , so that a pressure reduction can take place.

Erfindungsgemäß wird das Entlüftungsmedium aufgefangen und sicher abgeführt. Hierzu ist die integrierte Entlüftungseinrichtung 100 vorgesehen, welche eine den Deckel 106 haubenartig dicht umschließende Auffangeinrichtung 110 für das Entlüftungsmedium umfasst. Um die Dichtigkeit der Auffangeinrichtung 110 zu gewährleisten, ist diese einteilig aufgebaut. Für die Montage am Ausgleichsbehälter 102 ist eine Gewindemuffe 112 als separates Bauteil vorgesehen, welche mittels eines Sicherungsrings 114 mit der Auffangeinrichtung 110 verbunden ist. Der vorliegende Aufbau stellt sicher, dass der Auffangeinrichtung 110 zugeordnete Dichtungen beim Öffnen oder Schließen des Deckels 106 nicht mitdrehen und somit nicht zerstört werden. In die Auffangeinrichtung 110 integriert wurde ein bekanntes Ventil 108, wobei die Dichtigkeit mittels einer zusätzlichen Dichtung 116, wie Flachdichtung, sichergestellt ist. Die vorliegende Anordnung spricht bei einem Druck im Kühlkreislauf ab ca. 2 bar an. Die Querschnitte der ausblasseitigen Leitungen 118 sind dabei derart ausgelegt, dass kein erhöhter, gegendruckbedingter, Druckverlust auftritt.According to the invention, the venting medium is collected and safely discharged. For this purpose, the integrated venting device 100 provided, which one the lid 106 Dome-like tightly enclosing catcher 110 for the venting medium. To the tightness of the catcher 110 to ensure this is one-piece. For mounting on the expansion tank 102 is a threaded sleeve 112 provided as a separate component, which by means of a locking ring 114 with the catcher 110 connected is. The present construction ensures that the catcher 110 associated seals when opening or closing the lid 106 do not turn and thus not be destroyed. In the catcher 110 integrated was a known valve 108 , wherein the tightness by means of an additional seal 116 , how flat gasket, is ensured. The present arrangement is responsive to a pressure in the cooling circuit from about 2 bar. The cross sections of the discharge side lines 118 are designed in such a way that no increased, pressure-induced, pressure loss occurs.

Eine Leitungsanordnung 200 zur Abführung eines Entlüftungsmediums ist mit 2 gezeigt. Ausgehend von Ausgleichsbehälterdeckel 202 folgt ein Y-Stück 204 zur Trennung von Gas- und Flüssigphase. Gasförmiges Entlüftungsmedium wird mittels der Gasleitung 210, welche unterhalb der Schallabsorptionshaube mündet, abgeführt. In diesem Bereich ist in zentraler Lage ein hier nicht näher dargestellter Sensor 212 zur Sensierung von Kraftstoff vorgesehen.A line arrangement 200 for the discharge of a venting medium is with 2 shown. Starting from reservoir cap 202 follows a Y-piece 204 for the separation of gas and liquid phase. Gaseous venting medium is by means of the gas line 210 , which opens below the sound absorption hood, dissipated. In this area is in central location a not shown here sensor 212 intended for sensing fuel.

Vorliegend handelt es sich um ein Kraftfahrzeug, dessen Brennkraftmaschine zumindest wahlweise mit Wasserstoff (H2) betreibbar ist, der Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine umfasst einen Wärmetauscher, mittels welchem ein Wärmeübergang zwischen Kraftstoff und Kühlmedium, beispielsweise zur Erwärmung kalten Wasserstoffs, möglich ist. Als Kraftstoffsensor 212 kommt daher ein mittels einer Leitung 214 signalleitend mit eine Steuereinrichtung in Verbindung stehender H2-Gassensor zum Einsatz. Der Sensor 212 ist vorzugsweise ein ohnehin vorhandener H2-Sensor, so dass sich ein zusätzlicher Sensor zur Feststellung von Undichtigkeiten zwischen H2- und Kühlkreislauf, beispielsweise über den H2-Wärmetauscher oder Zylinderkopfdichtung, erübrigt.In the present case, it is a motor vehicle whose internal combustion engine can be operated at least optionally with hydrogen (H 2 ); the cooling circuit of the internal combustion engine comprises a heat exchanger, by means of which a heat transfer between fuel and cooling medium, for example for heating cold hydrogen, is possible. As a fuel sensor 212 therefore comes through a line 214 signal-conducting with a control device related H 2 gas sensor for use. The sensor 212 is preferably an already existing H 2 sensor, so that an additional sensor for detecting leaks between H 2 - and cooling circuit, for example via the H 2 heat exchanger or cylinder head gasket, is unnecessary.

Ein in der Flüssigkeitsleitung 208 nachgeschalteter Siphon 206 verhindert eine unsensierten Gasaustritt über die Abblasleitung 216, welche zum Unterboden des Kraftfahrzeugs führt. Die Dimensionierung der Abblasleitung 216, die Höhenlage des Y-Stücks 204 in Bezug auf den Siphon 206 und die Siphonhöhe sind hinsichtlich einer optimierten Trennung von Gas- und Flüssigphase aufeinander abgestimmt.One in the fluid line 208 downstream siphon 206 prevents an unsensitized gas outlet via the discharge line 216 , which leads to the underbody of the motor vehicle. The dimensioning of the discharge line 216 , the altitude of the Y-piece 204 in relation to the siphon 206 and the siphon height are matched with respect to an optimized separation of gas and liquid phase.

Mit der Erfindung wird die Gefahr einer unbeabsichtigten Entzündung beispielsweise an heißen Brennkraftmaschinenteilen oder durch Funken wirksam vermieden, indem Undichtigkeiten zwischen Kraftstoff- und Kühlkreislauf zuverlässig sensierbar sind. Eine entsprechende, im Steuergerät hinterlegte, Applikation übernimmt basierend auf den Daten des Sensors 212 alle weiteren Schritte zur Erhaltung der Betriebssicherheit.With the invention, the risk of unintentional ignition, for example on hot engine parts or sparks is effectively avoided by leaks between the fuel and cooling circuit can be reliably sensed. A corresponding application stored in the control unit takes over based on the data of the sensor 212 all further steps to maintain operational safety.

Claims (9)

Ausgleichsbehälter für eine Kühleinrichtung einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine umfassend ein Ober- und ein Unterteil, einen ersten Kühlmittelanschluss im Unterteil und einen zweiten Kühlmittelanschluss im Oberteil sowie eine dem Oberteil, einem einen Einfüllstutzen verschließenden Deckel, zugeordnete Entlüftungseinrichtung, wobei die Entlüftungseinrichtung (100) wenigstens eine Leitung (118) zur gezielten Abführung eines Entlüftungsmediums aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Leitung (210) zur Abführung eines im wesentlichen gasförmigen Entlüftungsmediums und eine zweite Leitung (208) zur Abführung eines im wesentlichen flüssigen Entlüftungsmediums vorgesehen ist.Expansion tank for a cooling device of a motor vehicle internal combustion engine comprising an upper and a lower part, a first coolant connection in the lower part and a second coolant connection in the upper part and a the upper part, a filler neck closing lid, associated venting device, wherein the venting device ( 100 ) at least one line ( 118 ) for the targeted removal of a venting medium, characterized in that a first line ( 210 ) for discharging a substantially gaseous deaerating medium and a second line ( 208 ) is provided for discharging a substantially liquid venting medium. Ausgleichsbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftungseinrichtung (100) eine Trenneinrichtung (204) zur Trennung des Entlüftungsmediums in eine im wesentlichen gasförmige und eine in wesentlichen Flüssige Fraktion und zu deren Zuführung zur jeweiligen Leitung (208, 210) umfasst.Expansion tank according to claim 1, characterized in that the venting device ( 100 ) a separating device ( 204 ) for separating the venting medium into a substantially gaseous and an essentially liquid fraction and for feeding them to the respective duct ( 208 . 210 ). Ausgleichsbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitung (208) einen Siphon (206) umfasst.Expansion tank according to one of the preceding claims, characterized in that the second line ( 208 ) a siphon ( 206 ). Ausgleichsbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitung (210) in einem Bereich unter der Brennkraftmaschinenraumhaube mündet.Expansion tank according to one of the preceding claims, characterized in that the first line ( 210 ) opens in an area under the engine hood. Ausgleichsbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitung (208) in einem Bereich des Fahrzeugunterbodens mündet.Expansion tank according to one of the preceding claims, characterized in that the second line ( 208 ) opens in an area of the vehicle underbody. Ausgleichsbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftungseinrichtung (100) eine den Deckel (106) haubenartig dicht umschließende Auffangeinrichtung (110) für das Entlüftungsmedium aufweist.Expansion tank according to one of the preceding claims, characterized in that the ventilation device ( 100 ) one the lid ( 106 ) Dome-like tightly enclosing catcher ( 110 ) for the venting medium. Ausgleichsbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitung (210) einen Sensor zur Detektion von Kraftstoff umfasst.Expansion tank according to one of the preceding claims, characterized in that the first line ( 210 ) comprises a sensor for detecting fuel. Ausgleichsbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Abströmbereich der ersten Leitung (210) ein Sensor (212) zur Detektion von Kraftstoff vorgesehen ist.Expansion tank according to one of the preceding claims, characterized in that in the outflow region of the first line ( 210 ) a sensor ( 212 ) is provided for the detection of fuel. Ausgleichsbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (212) zur Detektion von Wasserstoff (H2) geeignet ist.Expansion tank according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor ( 212 ) is suitable for the detection of hydrogen (H 2 ).
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