DE102008060088B4

DE102008060088B4 - Ausgleichsbehälter für eine Kühlanlage

Info

Publication number: DE102008060088B4
Application number: DE102008060088.1A
Authority: DE
Inventors: Bill Richard Hutchins
Original assignee: Jaguar Cars Ltd; Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd; Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2015-01-08
Anticipated expiration: 2028-12-03
Also published as: US8251024B2; GB2455743B; GB2455743A; DE102008060088A1; GB0724764D0; US20090159019A1

Abstract

Ausgleichsbehälter für die Kühlanlage eines flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotors (11), wobei der Ausgleichsbehälter ein Gehäuse (24) umfasst, das aufweist: eine eine Wirbelkammer (26) bildende zylindrische Wand (27), einen Einlassanschluss (35) an dem Gehäuse (24) zum Anschluss an eine Zufuhr von Kühlmittel, das aus dem Motor abgelassen wird, wobei der Einlassanschluss (35) so ausgelegt ist, dass er Kühlmittel zu einer Einlassmündung (36) leitet, die in die Wirbelkammer (26) mündet, einen Auslassanschluss (37) an dem Gehäuse (24) zum Zurückleiten des Kühlmittels zum Motor, wobei der Auslassanschluss (37) so ausgelegt ist, dass er Kühlmittel von einer Sammelleitung (38) mit einer in die Wirbelkammer (26) mündenden Öffnung (39) ableitet, wobei die Einlassmündung (36) und die Sammelleitung (38) so ausgelegt sind, dass bei Verwendung des Ausgleichsbehälters Kühlmittel in einer Richtung tangential zu der zylindrischen Wand (27) in die Wirbelkammer (26) abgelassen wird und entlang der zylindrischen Wand (27) in die Sammelleitung (38) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (24) eine Hauptkammer (25) bildet und die Wirbelkammer (26) in der Hauptkammer (25) positioniert ist, wobei die Wirbelkammer (23) eine Auslassöffnung (43), die in die Hauptkammer (25) mündet und über der Einlassmündung (36) und der Sammelleitung (38) positioniert ist, und eine Einlassöffnung (44) aufweist, die von der Hauptkammer (25) öffnet und unter der Einlassmündung (36) und der Sammelleitung (38) positioniert ist.

Description

Diese Erfindung betrifft Ausgleichsbehälter für die Kühlanlagen von flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotoren.
Ein typischer Kühlanlagen-Ausgleichsbehälter ist ein geschlossener Behälter, der bei Ruhezustand des Motors nur teilweise mit flüssigem Kühlmittel gefüllt ist, wobei der Rest des Raums über der Flüssigkeit für die Volumenexpansion des Kühlmittels aufgrund von Wärme zur Verfügung steht. Aus dem Motor abgelassenes Kühlmittel strömt in den Behälter und kehrt von dem Behälter zurück, um sich mit dem zu dem Motor zurückgeleiteten Kühlmittelstrom zu vereinen. Ein solcher Ausgleichsbehälter dient auch als Mittel zum Ermöglichen, dass in dem Kühlmittel aufgelöste oder zurückgehaltene Gase zur Oberfläche der Flüssigkeit aufsteigen und entweichen. Der Ausgleichsbehälter enthält auch für gewöhnlich einen Verschlussdeckel mit einem Zweiwegeventil, das den maximalen Druck in der Kühlanlage festlegt und das Einlassen von Luft zulässt, wenn sich ein Unterdruck aufbaut. Ein solcher Verschlussdeckel ist für gewöhnlich als Druckdeckel bekannt.
Die Schrift DE 68909897 T2 zeigt einen Ausgleichsbehälter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Der Einlassanschluss mündet in eine Wirbelkammer, aus der Kühlmittel über eine Sammelleitung abgelassen werden kann.
Weitere Wirbelkammeranordnungen in Ausgleichsbehältern zeigen die Schriften DE 28 48 846 A1 und DE 100 50 852 A1 .
Ferner beschreibt die Schrift DE 30 02 578 einen Blasenabscheider in Form eines Rohres, welches innerhalb des Ausgleichsbehälters eines Kühlsystems für Brennkraftmaschinen angeordnet ist.
Ein Problem bei der Auslegung solcher Ausgleichsbehälter ist, dass der Druck am Auslass, der durch den Druckdeckel vorgegeben wird, bei extremen Motorbetriebsbedingungen nicht ausreichen kann, um eine Kavitation an der Umwälzpumpe zu verhindern. Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kühlanlagen-Ausgleichsbehälter vorzusehen, der dieses Problem behebt oder mindert.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Ausgleichbehälter gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der Ausgleichsbehälter umfasst also ein Gehäuse, das aufweist: eine eine Wirbelkammer bildende zylindrische Wand, einen Einlassanschluss an dem Gehäuse zum Anschluss an eine Zufuhr von Kühlmittel, das aus dem Motor abgelassen wird, wobei der Einlassanschluss so ausgelegt ist, dass er Kühlmittel zu einer Einlassmündung leitet, die in die Wirbelkammer mündet, einen Auslassanschluss an dem Gehäuse zum Zurückleiten des Kühlmittels zum Motor, wobei der Auslassanschluss so ausgelegt ist, dass er Kühlmittel von einer Sammelleitung mit einer in die Wirbelkammer mündenden Öffnung leitet, wobei die Einlassmündung und die Sammelleitung so ausgelegt sind, dass bei Verwendung des Behälters Kühlmittel in einer Richtung tangential zu der zylindrischen Wand in die Wirbelkammer abgelassen wird und entlang der zylindrischen Wand in die Sammelleitung geleitet wird.
Erfindungsgemäß bildet das Gehäuse eine Hauptkammer, in der die Wirbelkammer positioniert ist, wobei die Wirbelkammer eine Auslauföffnung, die in die Hauptkammer mündet und über der Einlassmündung und der Sammelleitung positioniert ist, und eine Einlassöffnung aufweist, die von der Hauptkammer öffnet und unter der Einlassmündung und der Sammelleitung positioniert ist.
Bevorzugt ist die zylindrische Wand mit ihrer Achse im Wesentlichen vertikal angeordnet.
Die Einlassöffnung der Wirbelkammer ist bevorzugt im Wesentlichen an der Achse der Wirbelkammer positioniert.
Nun wird die Erfindung beispielhaft unter Bezug auf die Begleitzeichnungen beschrieben. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Darstellung der Kühlanlage eines flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotors, die einen erfindungsgemäßen Ausgleichsbehälter enthält;
2 einen vertikalen Querschnitt durch den in 1 gezeigten Ausgleichsbehälter; und
3 einen Schnitt an der Linie III-III in 2.
Unter Bezug auf 1 weist ein Verbrennungsmotor 11 eine motorbetriebene Pumpe 12 auf, die durch den Motor zu einer Motorzufuhrleitung 13 und einem Kühler 14 ein flüssiges Kühlmittel (z. B. ein Wasser-/Gefrierschutzmittelgemisch) liefern kann. Das Strömen von dem Kühler 14 zu der Pumpe 12 erfolgt durch eine Kühlerrückführleitung 15 und eine Pumpenrückführleitung 16. Ein Thermostat- und Bypass-Steuerventil 17 dient zum Steuern von Strömen in der Kühlerrückführleitung 15 und in einer Bypass-Leitung 18, so dass der Großteil des Kühlmittelstroms von dem Motor 11 durch die Bypass-Leitung 18 erfolgt und kein Strömen durch den Kühler 14 erfolgt. bis das Kühlmittel höhere Temperaturen erreicht. Bei höheren Kühlmitteltemperaturen erfolgt der Großteil des Strömens durch den Kühler 14 und nicht durch die Bypass-Leitung 18. Ein Ausgleichsbehälter 21 weist eine Behälterversorgungsleitung 22, die mit der Motorzufuhrleitung 13 verbunden ist, und eine Behälterrückführleitung 23, die mit der Pumpenrückführleitung 16 verbunden ist, auf. Ein Heizungskühler 19 für das Beheizen eines Fahrzeuginnenraums ist ebenfalls zwischen der Motorzufuhrleitung 13 und der Pumpenrückführleitung angeschlossen.
Unter weiterem Bezug auf 2 und 3 ist ersichtlich, dass der Ausgleichsbehälter 21 ein Gehäuse 24 umfasst, das eine Hauptkammer 25 und eine Wirbelkammer 26 bildet, wobei die Wirbelkammer durch eine zylindrische Wand 27 ausgebildet ist, wobei ein Teil derselben die Wirbelkammer von der Hauptkammer trennt und der Rest Teil einer Außenwand 28 ist. Ein Einfüllstutzen 34 ist an der Achse X-X der Wirbelkammer zum Verschluss durch einen Verschlussdeckel 33 (1) positioniert, der das Normaldrucksteuerventil und ein Antivakuumventil enthält. Eine Auslassöffnung 43 ist in der zylindrischen Wand 27 über einer Strichlinie H angeordnet, die den maximalen Füllstand von flüssigem Kühlmittel in dem Ausgleichsbehälter 21 anzeigt, während eine Einlassöffnung in der zylindrischen Wand 27 in einer unteren Wand 28 der Wirbelkammer 26 an der Achse X-X angeordnet ist.
Das Gehäuse 24 weist einen Einlassanschluss 35 zum Anschluss an die Behälterversorgungsleitung 22 auf, und diese lässt durch eine Einlassmündung 36 ab, die sich in der Wirbelkammer 26 weit unter der Auslassöffnung 43 befindet, wobei die Einlassmündung tangential der zylindrischen Wand 27 ausgerichtet ist. Das Gehäuse 24 weist auch einen Auslassanschluss 37 zum Anschluss an die Behälterrückführleitung 23 auf, und diese schließt an eine Sammelleitung 38 an, die von der Einlassmündung 36 umlaufend beabstandet ist, wobei die Sammelleitung 38 eine Öffnung aufweist, die in die Wirbelkammer 26 mündet. Zwischen der Einlassmündung 36 und der Sammelleitung 38 befinden sich zwei umlaufende Rippen 46, die vertikal eine über und eine unter der Sammelleitungsöffnung 39 positioniert sind.
Bei Einsatz ist bei einem kalten Motor 11 und einer kalten Kühlanlage der Stand des flüssigen Kühlmittels in dem Ausgleichsbehälter 21 unter der Linie H, aber über der Einlassmündung 36 und der Sammelleitung 38, d. h. über der Schnittlinie III-III in 2. Kühlmittel wird durch die Pumpe 12 aus dem Motor 11 in die Zufuhrleitung 13 durch die Behälterversorgungsleitung 22 und in den Ausgleichsbehälter 21 durch die Einlassmündung 36 gepumpt. Von der Einlassmündung 36 wird das Kühlmittel als Strom oder Strahl entlang der benachbarten Oberfläche der zylindrischen Wand 27 hin zur Öffnung 39 der Sammelleitung 38 geleitet. Die umlaufenden Rippen 46 tragen dazu bei, diesen Strom zu leiten. Das Kühlmittel wirbelt oder dreht um die vertikale Achse X-X (wie in 3 ersichtlich gegen den Uhrzeigersinn), was ein Abscheiden von Gasen und Dämpfen aus dem flüssigen Kühlmittel und deren Bewegen hin zur Mitte der Drehung bewirkt. Durch Positionieren der Sammelleitung 38 in dem Strom von der Einlassmündung 36 wird die kinetische Energie des Stroms in Druckenergie umgewandelt, so dass der von dem Auslassanschluss 37 zu der Behälterrückführleitung gelieferte Druck etwas über dem Druck oben in der Wirbelkammer 36 über dem Flüssigkeitsstand liegt. Dieser Wirbelkammerdruck wird durch den Entlastungsdruck festgelegt, der von dem Verschlussdeckel 33 zugelassen wird. Dieser Druckzuwachs ist bei höheren Motordrehzahlen maximal, wenn eine Kavitation der Pumpe 12 am wahrscheinlichsten ist, und trägt somit dazu bei, eine solche Kavitation zu vermeiden.
Bei niedrigeren Motordrehzahlen und Kühlmittelströmen kreist das Kühlmittel relativ sanft in der Wirbelkammer, doch bei den höheren Motordrehzahlen und Kühlmittelströmen ist die Zirkulation in der Wirbelkammer 26 ausreichend, um das Kühlmittel heraus in die Hauptkammer durch die Auslassöffnung 43 strömen zu lassen, um durch Kühlmittel ersetzt zu werden, das durch die Einlassöffnung 44 hereinströmt. Da der Hauptstrom insbesondere bei niedrigeren Motordrehzahlen in der Wirbelkammer vorliegt, wird das Volumen flüssigen Kühlmittels, das im Umlauf ist, verringert, so dass ein Aufwärmen von einem kalten Zustand verbessert wird.

Claims

Ausgleichsbehälter für die Kühlanlage eines flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotors (11), wobei der Ausgleichsbehälter ein Gehäuse (24) umfasst, das aufweist: eine eine Wirbelkammer (26) bildende zylindrische Wand (27), einen Einlassanschluss (35) an dem Gehäuse (24) zum Anschluss an eine Zufuhr von Kühlmittel, das aus dem Motor abgelassen wird, wobei der Einlassanschluss (35) so ausgelegt ist, dass er Kühlmittel zu einer Einlassmündung (36) leitet, die in die Wirbelkammer (26) mündet, einen Auslassanschluss (37) an dem Gehäuse (24) zum Zurückleiten des Kühlmittels zum Motor, wobei der Auslassanschluss (37) so ausgelegt ist, dass er Kühlmittel von einer Sammelleitung (38) mit einer in die Wirbelkammer (26) mündenden Öffnung (39) ableitet, wobei die Einlassmündung (36) und die Sammelleitung (38) so ausgelegt sind, dass bei Verwendung des Ausgleichsbehälters Kühlmittel in einer Richtung tangential zu der zylindrischen Wand (27) in die Wirbelkammer (26) abgelassen wird und entlang der zylindrischen Wand (27) in die Sammelleitung (38) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (24) eine Hauptkammer (25) bildet und die Wirbelkammer (26) in der Hauptkammer (25) positioniert ist, wobei die Wirbelkammer (23) eine Auslassöffnung (43), die in die Hauptkammer (25) mündet und über der Einlassmündung (36) und der Sammelleitung (38) positioniert ist, und eine Einlassöffnung (44) aufweist, die von der Hauptkammer (25) öffnet und unter der Einlassmündung (36) und der Sammelleitung (38) positioniert ist.
Ausgleichsbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Wand mit ihrer Achse im Wesentlichen vertikal angeordnet ist.
Ausgleichsbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung (44) im Wesentlichen an der Achse (x-x) der Wirbelkammer (26) positioniert ist.
Ausgleichsbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Einlassmündung (36) und der Sammelleitung (38) zwei umlaufende Rippen (46) an der zylindrischen Wand (27) der Wirbelkammer (26) vorgesehen sind, von denen eine Rippe (46) über und eine Rippe (46) unter der Sammelleitungsöffnung (39) positioniert ist.