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GEBIET DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem, das einen Kühlkreis, der eingerichtet ist zum Kühlen eines Verbrennungsmotors mittels eines Kühlmittels, das in dem Kühlkreis zirkuliert, einen in dem Kühlkreis vorgesehenen Kühler, der eingerichtet ist zum Kühlen des Kühlmittels, und eine in dem Kühlkreis vorgesehene Zentrifugalpumpe umfasst, die eingerichtet ist zum Zirkulieren des Kühlmittels in dem Kühlkreis. Die Zentrifugalpumpe umfasst einen Pumpeneinlass. Der Kühlkreis umfasst eine erste Leitung, die eingerichtet ist zum Transportieren von Kühlmittel von einem Kühlmittelauslass des Kühlers zu dem Pumpeneinlass der Zentrifugalpumpe, und eine zweite Leitung, über die Kühlmittel, das in dem Kühlkreis zirkuliert, auf seinem Weg von einem Kühlmittelauslass des Verbrennungsmotors am Kühler zu einem Kühlmitteleinlass des Verbrennungsmotors vorbeigeführt werden kann. Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, das ein solches Kühlsystem umfasst.
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Ein Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges wird mittels eines Kühlmittels gekühlt, das in einem Kühlkreis eines Kühlsystems zirkuliert. Eine Zentrifugalpumpe wird normalerweise zum Zirkulieren des Kühlmittels in dem Kühlkreis verwendet. Der Druck in dem Kühlkreis ist am Pumpeneinlass der Zentrifugalpumpe am niedrigsten. Der geringe Druck birgt ein Risiko der Hohlraumbildung am Pumpeneinlass, was Schäden an der Pumpe verursachen kann.
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Es ist bereits bekannt, dass eine Wirbelbewegung des Fluids am Pumpeneinlass einer Zentrifugalpumpe verbesserte Strömungsbedingungen für das Fluid schafft, das in den Pumpenrotor eintritt, was wiederum zu einer verbesserten Pumpeneffizienz und einem verringerten Druckabfall am Pumpeneinlass führt. Der reduzierte Druckabfall führt wiederum zu einer Reduzierung des Risikos von Hohlraumbildung am Pumpeneinlass. Eine Wirbelbewegung der Einlassströmung am Pumpeneinlass einer Zentrifugalpumpe kann beispielsweise auf die in
US 6,517,309 B1 vorgeschlagene Weise erreicht werden, wo zwei oder mehr Einspritzdüsen dafür konfiguriert sind, einen Teil der Auslassströmung der Pumpe tangential in ein Fluid zu injizieren, das axial zu dem Pumpeneinlass hin durch eine Einlassleitung fließt. Eine ähnliche Lösung ist in
EP 0 993 547 B1 vorgeschlagen, wo Kühlmittel aus einer Umgehungsleitung eines Kühlkreises dazu veranlasst wird, tangential in ein Kühlmittel zu strömen, das axial zu dem Pumpeneinlass hin durch eine Kühlmittelleitung von einem Kühler fließt, um dadurch eine Wirbelbewegung der Kühlmittelströmung am Pumpeneinlass zu erreichen.
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Ferner sind aus den Patentanmeldungen
GB 2 387 647 A und
US 2 845 051 A ein jeweiliges Motorkühlsystem, aus der Patentanmeldung
US 3 162 136 A eine Kühlmittelpumpe für ein Motorkühlsystem und aus der Patentanmeldung
US 4 976 462 A eine Thermostatanordnung für ein Motorkühlsystem bekannt.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen neuen und günstigen Ansatz zu erreichen, eine Wirbelbewegung der Kühlmittelströmung am Einlass einer Zentrifugalpumpe in einem Kühlsystem zum Kühlen eines Verbrennungsmotors zu erreichen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die vorstehend beschriebene Aufgabe durch ein Kühlsystem mit den in Anspruch 1 definierten Merkmalen gelöst.
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Das Kühlsystem der vorliegenden Erfindung umfasst:
- - einen Kühlkreis zum Kühlen eines Verbrennungsmotors mittels eines Kühlmittels, das in dem Kühlkreis zirkuliert;
- - einen in dem Kühlkreis vorgesehenen Kühler zum Kühlen des Kühlmittels;
- - eine in dem Kühlkreis vorgesehene Zentrifugalpumpe zum Zirkulieren des Kühlmittels in dem Kühlkreis, wobei die Zentrifugalpumpe einen Pumpeneinlass hat, und
- - eine Wirbelkammer, die in dem Kühlkreis unmittelbar stromaufwärts des Pumpeneinlasses vorgesehen ist.
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Der Kühlkreis umfasst eine erste Leitung zum Transportieren von Kühlmittel von einem Kühlmittelauslass des Kühlers zu dem Pumpeneinlass der Zentrifugalpumpe und eine zweite Leitung, über die Kühlmittel, das in dem Kühlkreis zirkuliert, am Kühler auf seinem Weg von einem Kühlmittelauslass des Verbrennungsmotors zu einem Kühlmitteleinlass des Verbrennungsmotors vorbeigeführt werden kann. Ein stromabwärts angeordnetes Ende der ersten Leitung und ein stromabwärts angeordnetes Ende der zweiten Leitung sind tangential mit der Wirbelkammer aus unterschiedlichen Richtungen verbunden, um dadurch eine Wirbelkühlmittelströmung in der Wirbelkammer und in dem Pumpeneinlass zu erzeugen. Somit trägt sowohl die Kühlmittelströmung von dem Kühler als auch die Kühlmittelströmung von der Umgehungsleitung, das heißt der vorstehend erwähnten zweiten Leitung, zur Erzeugung einer Wirbelbewegung der Kühlmittelströmung am Einlass der Zentrifugalpumpe bei, und kann eine effiziente Verwirbelung der Einlassströmung am Pumpeneinlass dadurch auch in einer Situation erreicht werden, in der keine oder nur eine sehr begrenzte Kühlmittelströmung in der Umgehungsleitung oder in der Leitung von dem Kühler vorhanden ist. Ferner wird die Verwirbelung ohne das Ableiten jeglichen mit Druck beaufschlagten Kühlmittels aus der Auslassströmung der Zentrifugalpumpe erreicht. Die Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf eine sehr platzsparende Weise umgesetzt werden, was von Vorteil in einem Kraftfahrzeug ist, in dem der verfügbare Platz in dem Motorraum oft sehr beschränkt ist.
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Weitere vorteilhafte Merkmale des Kühlsystems der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen ersichtlich werden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit den in Anspruch 6 definierten Merkmalen.
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Figurenliste
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Mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen folgt nachstehend eine genaue Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, die als Beispiele angeführt werden.
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In den Zeichnungen zeigen:
- 1 ein Überblicksdiagramm eines Kühlsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
- 2 eine schematische Draufsicht auf eine Zentrifugalpumpe und eine zugehörige Wirbelkammer, die in dem Kühlsystem gemäß 1 enthalten sind, und
- 3 einen Schnitt gemäß der Linie III - III in 2.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Ein Kühlsystem 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist schematisch in 1 gezeigt. Das Kühlsystem 1 umfasst einen Kühlkreis 2 zum Kühlen eines Verbrennungsmotors 3 mittels eines Kühlmittels, das durch den Kühlkreis strömt, vorzugsweise in der Form von Wasser, möglicherweise mit Frostschutzzusätzen, wie beispielsweise Glycol. Eine Zentrifugalpumpe 5 ist in dem Kühlkreis 2 vorgesehen, um das Kühlmittel in dem Kühlkreis zu zirkulieren. Ferner ist ein Kühler 6, beispielsweise in Form eines herkömmlichen Kühlmittelkühlers, in dem Kühlkreis 2 vorgesehen, um das Kühlmittel zu kühlen.
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In dem gezeigten Beispiel wird das Kühlsystem 1 zum Kühlen des Verbrennungsmotors 3 eines Kraftfahrzeugs 4 verwendet. Das Kühlsystem der vorliegenden Erfindung kann allerdings auch zum Kühlen eines industriellen Verbrennungsmotors oder eines marinen Verbrennungsmotors verwendet werden.
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Der Kühlkreis 2 umfasst:
- - eine erste Leitung 7 zum Transportieren von Kühlmittel von einem Kühlmittelauslass 8b des Kühlers 6 zu einem Pumpeinlass 9a der Zentrifugalpumpe 5;
- - eine zweite Leitung 10, über die Kühlmittel, das in dem Kühlkreis 2 zirkuliert, auf seinem Weg von einem Kühlmittelauslass 11b des Verbrennungsmotors 3 zu einem Kühlmitteleinlass 11a des Verbrennungsmotors 3 um den Kühler 6 herumgeführt werden kann;
- - eine dritte Leitung 12 zum Transportieren von Kühlmittel von dem Kühlmittelauslass 11b des Verbrennungsmotors 3 zu einem Kühlmitteleinlass 11a des Kühlers 6; und
- - eine vierte Leitung 13 zum Transportieren von Kühlmittel von einem Pumpenauslass 9b der Zentrifugalpumpe 5 zu dem Kühlmitteleinlass 11a des Verbrennungsmotors 3.
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Die zweite Leitung 10 ist dafür konfiguriert, um zu ermöglichen, dass Kühlmittel von dem Kühlmittelauslass 11b des Verbrennungsmotors 3 zu dem Kühlmitteleinlass 11a des Verbrennungsmotors zurückgeführt wird, ohne den Kühler 6 zu passieren. Somit bildet die zweite Leitung 10 eine Umgehungsleitung für das Kühlmittel. Zwischen dem Kühlmitteleinlass 11a und dem Kühlmittelauslass 11b des Verbrennungsmotors 3 wird das Kühlmittel durch Kühlmittelleitungen (nicht gezeigt) in dem Verbrennungsmotor zirkuliert, während Wärme von dem Verbrennungsmotor absorbiert wird.
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Ein Thermostat 15 ist in dem Kühlkreis 2 am Übergangspunkt zwischen der dritten Leitung 12 und der zweiten Leitung 10 vorgesehen, wobei ein stromaufwärts angeordnetes Ende 16 der zweiten Leitung 10 mit einem Kühlmittelauslass 17 des Thermostats 15 verbunden ist. Je nach der Temperatur des Kühlmittels, das den Verbrennungsmotor 3 verlässt, leitet der Thermostat 15 das Kühlmittel entweder von dem Verbrennungsmotor 3 zu dem Kühler 6, um darin gekühlt zu werden, bevor es zu dem Verbrennungsmotor 3 zurückgeführt wird, oder leitet das Kühlmittel von dem Verbrennungsmotor 3 direkt zu dem Verbrennungsmotor über die zweite Leitung 10 zurück, ohne dass es den Kühler 6 passiert.
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Das Kühlmittel, das durch den Kühler 6 strömt, wird mittels Luft gekühlt, die zu dem Kühler geblasen wird, wenn sich das Kraftfahrzeug 4 in Bewegung befindet. Das Kühlsystem 1 kann auch einen Lüfter (nicht gezeigt) zum Erzeugen einer Luftströmung durch den Kühler 6 umfassen. Dieser Lüfter kann mit dem Verbrennungsmotor 3 verbunden sein, um von dem Verbrennungsmotor angetrieben zu werden.
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Ferner ist ein Ausgleichsbehälter 20 in dem Kühlkreis 2 vorgesehen. Ein Auslass 21 des Ausgleichsbehälters 20 ist mit der vorstehend erwähnten ersten Leitung 7 über eine fünfte Leitung 22 des Kühlkreises 2 verbunden. Diese fünfte Leitung 22 ist mit der ersten Leitung 7 an einem Punkt verbunden, der sich zwischen dem Kühler 6 und der Zentrifugalpumpe 5 befindet. Ein erster Einlass 23a des Ausgleichsbehälters 20 ist mit dem Kühler 6 über eine erste Entlüftungsleitung 24 verbunden, um zu ermöglichen, das Kühlmittel und Luft aus dem Kühler 6 und in den Ausgleichsbehälter 20 über diese erste Entlüftungsleitung 24 strömen. Ein zweiter Einlass 23b des Ausgleichsbehälters 20 ist mit Kühlleitungen in dem Verbrennungsmotor 3 über eine zweite Entlüftungsleitung 25 verbunden, um zu ermöglichen, dass Kühlmittel und Luft von dem Verbrennungsmotor 3 und in den Ausgleichsbehälter 20 über die zweite Entlüftungsleitung 25 strömen. Kühlmittel wird in den Ausgleichsbehälter 20 über die Entlüftungsleitungen 24, 25 transportiert und wird von dem Ausgleichsbehälter 20 zu dem Kühlkreis 2 über die vorstehend erwähnte fünfte Leitung 22 nach Entlüftung in dem Ausgleichsbehälter zurückgeführt.
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Die Zentrifugalpumpe 5 umfasst ein Pumpengehäuse 26 und einen Pumpenrotor 27, der drehbar an dem Pumpengehäuse montiert ist, wie in 2 gezeigt. Der Pumpenrotor 27 ist schematisch durch gestrichelte Linien in 2 gezeigt. Der Pumpeneinlass 9a ist konzentrisch mit dem Pumpenrotor 27 und hat vorzugsweise eine kreisförmige Querschnittsform. Eine Wirbelkammer 28 ist in dem Kühlkreis 2 unmittelbar stromaufwärts des Pumpeneinlasses 9a vorgesehen. Ein stromabwärts angeordnetes Ende 29 der ersten Leitung 7 und ein stromabwärts angeordnetes Ende 30 der zweiten Leitung 10 sind tangential mit der Wirbelkammer 28 aus unterschiedlichen Richtungen verbunden, um dadurch eine Wirbelkühlmittelströmung, das heißt eine Drehbewegung des Kühlmittels, in der Wirbelkammer 28 und in dem Pumpeneinlass 9a zu erzeugen, wie von den Pfeilen in 3 gezeigt. Das Kühlmittel wird in der Wirbelkammer 28 in eine Richtung, die der Drehrichtung des Pumpenrotors 27 entspricht, oder in eine Richtung entgegengesetzt der Drehrichtung des Pumpenrotors 27 zum Drehen gebracht.
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Das Kühlmittel, das in die Wirbelkammer 28 aus der ersten Leitung 7 eintritt, wird gegen einen ersten gekrümmten Wandabschnitt 31 (siehe 3) in der Wirbelkammer 28 geleitet, wohingegen das Kühlmittel, das in die Wirbelkammer 28 aus der zweiten Leitung 10 eintritt, gegen einen zweiten gekrümmten Wandabschnitt 32 in der Wirbelkammer 28 geleitet wird. In der gezeigten Ausführungsform befinden sich der erste und der zweite gekrümmte Wandabschnitt 31, 32 einander gegenüber auf gegenüberliegenden Seiten einer Mittelachse 33 der Wirbelkammer 28. Die Position der Einlassöffnung 34 des Pumpeneinlasses 9a in Beziehung zu der Mittelachse 33 der Wirbelkammer 28 ist durch eine gestrichelte Linie in 3 gezeigt.
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In der gezeigten Ausführungsform hat die erste Leitung 7 einen Endabschnitt 35 der sich von der Wirbelkammer 28 in eine Richtung erstreckt, die rechtwinklig, oder mindestens im Wesentlichen rechtwinklig, zu der Mittelachse 33 der Wirbelkammer verläuft. In der gezeigten Ausführungsform hat auch die zweite Leitung 10 einen Endabschnitt 36, der sich von der Wirbelkammer 28 in eine Richtung erstreckt, die rechtwinklig, oder mindestens im Wesentlichen rechtwinklig, zu der Mittelachse 33 der Wirbelkammer verläuft.
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In der gezeigten Ausführungsform sind die Endabschnitte 35, 36 der ersten und der zweiten Leitung 7, 10 zueinander um einen Winkel von 180° um die Mittelachse 33 der Wirbelkammer 28 versetzt. Dieser Versatzwinkel kann jedoch jeglichen erwünschten Wert in einem Bereich von 90° bis 270° haben.
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In der gezeigten Ausführungsform hat die Wirbelkammer 28 eine kreisförmige Querschnittsform. Die Wirbelkammer 28 kann jedoch alternativ eine ovale Querschnittsform haben.
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Das Kühlsystem gemäß der Erfindung ist insbesondere zur Verwendung in einem schweren Kraftfahrzeug, wie beispielsweise einem Bus, einem Traktor oder einem Lkw, gedacht.
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Die Erfindung ist selbstverständlich keinerlei auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr werden dem Durchschnittsfachmann viele Möglichkeiten für Modifizierungen davon ersichtlich sein, ohne von der Grundidee der Erfindung, wie in den anhängigen Ansprüchen definiert, abzuweichen.
