DE102009025738A1

DE102009025738A1 - Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit Abscheidevorrichtung

Info

Publication number: DE102009025738A1
Application number: DE102009025738A
Authority: DE
Inventors: Christian Krüger; Thomas Traudt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-06-20
Filing date: 2009-06-20
Publication date: 2010-12-23

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine (2), umfassend eine Pumpe (3), welche ein Kühlmittel einem Kühlmantel (5) der Brennkraftmaschine (2) über eine Zuführleitung (4) zuführt, wobei eine Abscheidevorrichtung vorgesehen ist, über welche im Kühlmittel vorhandene Feststoffe vor der Zuführung zum Kühlmantel (5) entfernbar sind, wobei ferner die Pumpe (3) als radiale Kreiselpumpe ausgebildet ist, wobei in einer Pumpenspirale (8) eine Sammelkammer (9) angeordnet ist, die tangential zu einem Strom des Kühlmittels platziert ist und in welcher sich die Feststoffe bei Betrieb der Pumpe (3) aufgrund einer einwirkenden Zentrifugalkraft ablagern.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Pumpe, welche ein Kühlmittel einem Kühlmantel der Brennkraftmaschine über eine Zuführleitung zuführt, wobei eine Abscheidevorrichtung vorgesehen ist, über welche im Kühlmittel vorhandene Feststoffe vor der Zuführung zum Kühlmantel entfernbar sind.
Hintergrund der Erfindung
Um bei Brennkraftmaschinen eine thermische Überbeanspruchung, eine Verbrennung von Schmieröl auf den Gleitbahnen der Kolben und eine unkontrollierte Verbrennung durch zu hohe Bauteiltemperaturen zu vermeiden, müssen die, den jeweiligen heißen Brennraum umgebenden Bauteile gekühlt werden. Hierbei sind Kühlkreisläufe mit einem umlaufenden Kühlmittel üblich, durch welches die Wärme im Bereich der Brennräume aufgenommen und an geeigneter Stelle wieder an die Umgebung abgegeben wird. Bei bestimmten Anwendungsbereichen von Brennkraftmaschinen werden hierbei allerdings erhöhte Anforderungen an eine möglichst geringe Kontaminierung des Kühlmittels mit Feststoffen gestellt. So führen hohe Mengen an Feststoffen im Kühlmittel bei modernen Fahrzeugkonzepten mit sogenannten Wärmemanagementsystemen, d. h. einer bedarfsgerechten Regelung von Kühlmittelströmen durch definierte Teilkreisläufe, zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Dicht- und Regelfunktionen innerhalb dieser Teilkreisläufe über der Laufzeit der Brennkraftmaschine.
Stand der Technik
Aus der DE 34 07 683 C2 ist ein Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem einem Kühlmantel der Brennkraftmaschine über eine Pumpe ein Kühlmittel zugeführt wird, um Brennräume der Brennkraftmaschine zu kühlen. Die Brennkraftmaschine fungiert in diesem Fall als Antrieb für ein Pumpenaggregat zur Wasserförderung, wobei aus dem, über das Pumpenaggregat geförderten Volumenstrom Wasser entnommen und als Kühlmittel für die Brennkraftmaschine verwendet wird. Da es sich in diesem Fall beim Kühlmittel um verunreinigtes Wasser handelt, muss das Kühlmittel vor dem Zuführen zum Kühlmantel der Brennkraftmaschine von Feststoffen gereinigt werden. Zu diesem Zweck wird das Kühlmittel durch eine Abscheidevorrichtung hindurchgeführt, durch welche diese Feststoffe aus dem Kühlmittel abgesondert werden können.
Die Abscheidevorrichtung besteht hierbei aus einem, an beiden Enden verschlossenen, ersten Rohr, welches ein zweites Rohr in sich aufnimmt. Das erste und das zweite Rohr bilden dabei einen Zwischenraum aus, in welchen das zu reinigende Kühlmittel eingeleitet wird, wobei beim Einströmen ein Drall des Kühlmittels durch eine entsprechende Gestaltung des Zulaufs erzeugt wird. Durch diesen Drall und einer hiermit einhergehende Zentrifugalkraft werden Feststoff an die Innenwand des ersten, äußeren Rohres gedrückt, sinken herab und sammeln sich im Bereich der unteren Begrenzung desselbigen an. Hingegen kann das gereinigte Kühlmittel über eine Ausnehmung im zweiten Rohr in dessen Innenraum strömen und wird von dort weiter in Richtung Kühlmantel der Brennkraftmaschine gefördert.
Allerdings zeichnet sich die Abscheidevorrichtung des Kühlkreislaufs des Standes der Technik durch einen großen, zusätzlichen Platzbedarf aus. Dies macht aber eine Anwendung in einem Kraftfahrzeug aufgrund der sowieso schon sehr engen Bauraumverhältnisse im Bereich der Brennkraftmaschine nahezu unmöglich.
Aufgabe der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kühlkreislauf für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, welcher über eine Abscheidevorrichtung zum Entfernen von Feststoffen aus einem Kühlmittel verfügt, wobei diese Abscheidevorrichtung möglichst platzsparend und kompakt in den Kühlkreislauf integriert ist.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die darauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung umfasst die technische Lehre, dass die Pumpe zum Zuführen von Kühlmittel zum Kühlmantel der Brennkraftmaschine als radiale Kreiselpumpe ausgebildet ist, wobei in einer Pumpenspirale dieser Pumpe eine Sammelkammer angeordnet ist, die tangential zu einem Strom des Kühlmittels platziert ist und in welcher sich die, im Kühlmittel vorhandenen Feststoffe aufgrund einer einwirkenden Zentrifugalkraft bei Betrieb der Pumpe ablagern. Durch die, im Bereich der Pumpenspirale ohnehin auf das Kühlmittel einwirkende Zentrifugalkraft kann in Kombination mit der tangential angeordneten Sammelkammer eine zuverlässige Absonderung von Feststoffen erfolgen. Dabei kann diese Funktion mit geringem fertigungstechnischem Aufwand in die bereits bestehende Kreiselpumpe integriert werden, ohne zusätzlichen Bauraum im Bereich der Brennkraftmaschine einzunehmen. Die Kombination einer zuverlässigen Abscheidevorrichtung mit dem gleichzeitig kompakten Aufbau macht den erfindungsgemäßen Kühlkreislauf insbesondere für moderne Fahrzeugkonzepte mit Wärmemanagementsystemen geeignet. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Sammelkammer aufgrund der Art der Platzierung in der Pumpenspirale nicht direkt durchströmt wird, so dass in diesem Bereich nur sehr geringe Druckverluste unabhängig von der, sich bereits angesammelten Menge an Feststoffen auftreten.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Sammelkammer in Schwerkraftrichtung tangential zum Strom des Kühlmittels platziert. Durch das Anordnen in Schwerkraftrichtung wird das Sammeln von Feststoffen in der Kammer deutlich verbessert, da diese durch die Schwerkrafteinwirkung bei Stillstand des Systems in der Sammelkammer gehalten werden. Ferner wird eine geodätische Separierung während dieses Stillstandes unterstützt.
In Weiterbildung der Erfindung ist ein Teil der Sammelkammer mit einem porigem Schaum gefüllt. Dies hat den Vorteil, dass Restturbulenzen in der Sammelkammer hierdurch unterbunden und aufprallende Feststoffe besser gebunden werden. Die Abscheidewirkung wird also weiter optimiert.
Zweckmäßigerweise besitzt der Schaum hierbei magnetische Eigenschaften. Durch diese Maßnahme ist es möglich, magnetisierbare Feststoffe, wie beispielsweise Metallspähne, möglichst dauerhaft zu binden und den Separationsgrad zusätzlich zu erhöhen.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Sammelkammer von außen zugänglich. Dadurch ist es möglich, die sich in der Sammelkammer angehäuften Partikel bei einem Stillstand des Systems und in bestimmten Zeitabständen zu entfernen und dementsprechend eine andauernde Abscheidewirkung zu garantieren. Ein derartiges Entleeren der Sammelkammer ist beispielsweise während eines Austauschs des Kühlmittels denkbar.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es zeigt:
1 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Kühlkreislaufs; und
2 einen Bereich einer Pumpe des erfindungsgemäßen Kühlkreislaufs.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Kühlkreislaufs zu sehen, welcher einen Kühler 1 mit einer Brennkraftmaschine 2 verbindet. Dabei ist zwischen dem Kühler 1 und der Brennkraftmaschine 2 eine Pumpe 3 platziert, die das innerhalb des geschlossenen Kühlkreislaufs befindliche Kühlmittel durch die Brennkraftmaschine 2 und den Kühler 1 pumpt. Hierzu wird das Kühlmittel über eine Zuführleitung 4 aus dem Kühler 1 angesaugt und einem Kühlmantel 5 der Brennkraftmaschine 2 zugeführt. Innerhalb dieses Kühlmantels 5 umströmt das Kühlmittel die Brennräume der Brennkraftmaschine 2 und nimmt dabei die, in Bauteile dieses Bereichs eingeleitete Wärme auf. Das dadurch erwärmte Kühlmittel wird im Anschluss daran je nach erreichter Temperatur entweder über eine Rückführleitung 6 zum Kühler 1 zurückgeleitet oder im Falle niedrigerer Temperaturen über einen Bypass 7, welcher beispielsweise thermostatgesteuert ist, wieder direkt dem Kühlmantel 5 der Brennkraftmaschine 2 zugeführt. In den Kühler 1 zurückgeleitetes Kühlmittel wird durch Abgabe der Wärme an die Umgebung wieder abgekühlt und im Anschluss daran erneut durch die Pumpe 3 über die Zuführleitung 4 angesaugt.
In 2 ist des Weiteren ein Detailbereich der Pumpe 3 aus 1 dargestellt. Wie zu erkennen ist, ist die Pumpe 3 hierbei als radiale Kreiselpumpe ausgebildet, welche von der allgemeinen Funktionsweise her einer, dem Fachmann bekannten Kreiselpumpe entspricht, so dass an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen wird. Als Besonderheit verfügt die Pumpe jedoch im Bereich einer Pumpenspirale 8 über eine Sammelkammer 9, die hierbei tangential zum Kühlmittelstrom, sowie in Schwerkraftrichtung angeordnet und teilweise mit einem porigen Schaum 10 gefüllt ist.
Bei einer Förderung von Kühlmittel über die Pumpe 3 werden Feststoffe bei der kreisförmigen Beschleunigung in der Pumpenspirale 8 nach radial außen abgelenkt und gelangen dabei in die Sammelkammer 9. Aufgrund der Anordnung in Schwerkraftrichtung wird dabei ein Verbleib dieser Feststoffe auch bei Stillstand des Kühlkreislaufs sichergestellt, sowie die weitere Aufnahme der, zu diesem Zeitpunkt herabsinkenden Feststoffe ermöglicht. Durch die tangential zum Kühlmittelstrom ausgerichtete Anordnung wird die Sammelkammer 9 zudem nicht direkt mit Kühlmittel durchströmt, was zu geringen Druckverlusten in diesem Bereich führt und die Gefahr eines Austrags bereits aufgenommener Feststoffe vermindert. Eventuell auftretende Restturbulenzen im Bereich der Sammelkammer 9 werden zudem durch den Schaum 10 reduziert. Um des Weiteren insbesondere metallische Feststoffe, wie beispielsweise Gussspähne, aus dem Kühlmittelstrom abzusondern, besitzt der Schaum 10 magnetische Eigenschaften, durch welche eine dauerhafte Bindung der metallischen Feststoffe erreicht und damit der Separationsgrad erhöht werden kann.
Durch das Vorsehen der Sammelkammer 9 in der Pumpe 3 können folglich Feststoffe und Partikel zuverlässig aus dem Kühlmittel entfernt werden. Durch die Art der Integration dieser Abscheidevorrichtung in die Pumpe 3 kann diese Separation zudem ohne zusätzlichen Bauraum erreicht werden, was eine Anwendung auch bei sehr engen Bauraumverhältnissen möglich macht, beispielsweise bei Kühlkreisläufen von Brennkraftmaschinen mit Wärmemanagementsystemen.

1: Kühler
2: Brennkraftmaschine
3: Pumpe
4: Zuführleitung
5: Kühlmantel
6: Rückführleitung
7: Bypass
8: Pumpenspirale
9: Sammelkammer
10: Schaum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3407683 C2 [0003]

Claims

Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine (2), umfassend eine Pumpe (3), welche ein Kühlmittel einem Kühlmantel (5) der Brennkraftmaschine (2) über eine Zuführleitung (4) zuführt, wobei eine Abscheidevorrichtung vorgesehen ist, über welche im Kühlmittel vorhandene Feststoffe vor der Zuführung zum Kühlmantel (5) entfernbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (3) als radiale Kreiselpumpe ausgebildet ist, wobei in einer Pumpenspirale (8) eine Sammelkammer (9) angeordnet ist, die tangential zu einem Strom des Kühlmittels platziert ist und in welcher sich die Feststoffe bei Betrieb der Pumpe (3) aufgrund einer einwirkenden Zentrifugalkraft ablagern.
Kühlkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelkammer (9) in Schwerkraftrichtung tangential zum Strom des Kühlmittels platziert ist.
Kühlkreislauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Sammelkammer (9) mit einem porigen Schaum (10) gefüllt ist.
Kühlkreislauf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaum (10) magnetische Eigenschaften besitzt.
Kühlkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelkammer (9) von außen zugänglich ist.
Brennkraftmaschine (2) eines Kraftfahrzeuges, mit einem Kühlkreislauf nach einem der Ansprüche 1–5.