DE19912138B4

DE19912138B4 - Kühlanlage für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19912138B4
Application number: DE19912138A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Kleineberg; Ingo Dipl.-Ing. Oses
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1999-03-18
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2019-03-19
Also published as: ITRM20000114A0; ITRM20000114A1; FR2791088A1; DE19912138A1; FR2791088B1; IT1315856B1

Abstract

Kühlanlage für eine Brennkraftmaschine (5) eines Kraftfahrzeuges,
– mit einem Primärkühlmittelkreis (2) zur Kühlung der Brennkraftmaschine (5),
– mit wenigstens einem Sekundärkühlmittelkreis (3) zur Kühlung eines Fluids oder eines Aggregates des Kraftfahrzeuges,
– wobei für die Kühlmittelkreise (2 und 3) ein gemeinsamer Ausgleichsbehälter (9) vorgesehen ist, der zum Ausgleich von Kühlmittelvolumenschwankungen in den Kühlmittelkreisen (2 und 3) und insbesondere zur Entlüftung der Kühlmittelkreise (2 und 3) dient,
– wobei der Primärkühlmittelkreis (2) mit einem Primäranschluß (23) an den Ausgleichsbehälter (9) angeschlossen ist und bei einem ersten Kühlmittelniveau (24) in den Ausgleichsbehälter (9) einmündet,
dadurch gekennzeichnet,
– daß der Sekundärkühlmittelkreis (3) mit einem separaten Sekundäranschluß (25) an den Ausgleichsbehälter (9) angeschlossen ist und bei einem zweiten Kühlmittelniveau (26) in den Ausgleichsbehälter (9) einmündet,
– daß das zweite Kühlmittelniveau (26) höher liegt als das erste Kühlmittelniveau (24),
– daß das im Ausgleichsbehälter (9) enthaltene...

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Die DE-AS 1 206 211 zeigt eine Kühlanlage der eingangs genannten Art. Die bekannte Kühlanlage weist einen Primärkühlmittelkreis auf, der zur Kühlung der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges, hier eine dieselhydraulische Lokomotive, dient. Die Kühlanlage weist außerdem einen Sekundärkühlmittelkreis auf, der zur Kühlung eines Fluides oder eines Aggregates des Kraftfahrzeuges, hier zur Kühlung der Ladeluft der Brennkraftmaschine, dient. Für beide Kühlmittelkreise ist ein gemeinsamer Ausgleichsbehälter vorgesehen, der zum Ausgleich von Kühlmittelvolumenschwankungen in den Kühlmittelkreisen und vorzugsweise auch zur Entlüftung der Kühlmittelkreise dient.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine Kühlanlage der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß sich die Betriebssicherheit der durch den Primärkühlmittelkreis der Kühlanlage gekühlten Brennkraftmaschine erhöht.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch eine Kühlanlage mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Primärkühlmittelkreis und den Sekundärkühlmittelkreis jeweils separat an den Ausgleichsbehälter anzuschließen, wobei die Anschlußstellen so gewählt sind, daß bei einem sinkenden Kühlmittelpegel im Ausgleichbehälter zuerst der Kühlmittelabfluß aus dem Ausgleichsbehälter in den Sekundärkühlmittelkreis beendet wird, während ein Kühlmittelabfluß in den Primärkühlmittelkreis noch weiterhin möglich ist. Auf diese Weise kann im Falle eines Kühlmittelverlustes der ordnungsgemäße Betrieb des Primärkühlmittelkreises länger aufrecht erhalten werden. Insbesondere kann eine Leckage im Sekundärkühlmittelkreis nicht zu einer Fehlfunktion des Primärkühlmittelkreises führen. Dieser Gedanke wird erfindungsgemäß dadurch realisiert, daß die Mündung des Sekundärkühlmittelkreises im Ausgleichsbehälter bei einem hydrostatisch höher liegenden Niveau angeordnet ist als die Mündung des Primärkühlmittelkreises. Insgesamt kann somit die Gefahr vor Beschädigungen der Brennkraftmaschine durch Überhitzung reduziert werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlanlage wird das Niveau der Mündung des Sekundärkühlmittelkreises (zweites Kühlmittelniveau) so ge wählt, daß es mindestens so hoch liegt wie ein Minimalniveau, das zur Aufrechterhaltung einer ordnungsgemäßen Kühlung der Brennkraftmaschine durch den Primärkühlmittelkreis erforderlich ist. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, daß die Brennkraftmaschine auch dann noch ohne Beschädigungsgefahr betrieben werden kann, wenn bereits der Sekundärkühlmittelkreis aufgrund eines Kühlmittelverlustes nur noch reduziert leistungsfähig ist oder vollständig ausgefallen ist.

Wenn gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kühlanlage das zweite Kühlmittelniveau unterhalb eines Grenzniveaus liegt, das zur Detektion eines Kühlmittelverlustes von Überwachungsmitteln überwacht wird, die ein Warnsignal generieren, wenn der Kühlmittelpegel das Grenzniveau erreicht, kann gewährleistet werden, daß der Mangel an Kühlmittel zu einem Zeitpunkt festgestellt wird, zu dem die Kühlmittelkreise noch ordnungsgemäß arbeiten, so daß Beschädigungen aufgrund des Kühlmittelverlustes vermieden werden können.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige 1 zeigt eine schematische Prinzipdarstellung für eine Anordnung der Kühlanlage.
Kühlmittel transportierende Leitungen sind in 1 mit doppelten Linien dargestellt, während Gas transportierende Leitungen mit einfachen Linien wiedergegeben sind.
Entsprechend 1 weist eine Kühlanlage 1 einen Primärkühlmittelkreis 2 sowie wenigstens einen Sekundärkühlmittelkreis 3 auf.
Der Primärkühlmittelkreis 2 dient zur Kühlung einer Brennkraftmaschine 5 und weist einen luftbeaufschlagten Luft/Kühlmittel-Wärmetauscher 4 auf. Die Luftbeaufschlagung des Luft/Kühlmittel-Wärmetauschers 4 ist mit einem Pfeil 6 symbolisiert. Eine Kühlmittelpumpe 7 fördert gekühltes Kühlmittel vom Luft/Kühlmittel-Wärmetauscher 4 zur Brennkraftmaschine 5. Das erwärmte Kühlmittel tritt aus der Brennkraftmaschine 5 aus und wird dem Luft/Kühlmittel-Wärmetauscher 4 zugeleitet.
Über eine Primäranschlußleitung 8 kommuniziert der Primärkühlmittelkreis 2 mit einem Ausgleichsbehälter 9. Außerdem ist eine Entlüftungsleitung 10 vorgesehen, die eine geeignete Stelle des Primärkühlmittelkreises 2 mit dem Ausgleichsbehälter 9 kommunizierend verbindet.
Der Sekundärkühlmittelkreis 3 dient zur Kühlung von Ladeluft, die der Brennkraftmaschine 5 zur Verbrennung zugeführt wird. Die Zuführung der gekühlten Ladeluft erfolgt dabei über einen mit 11 bezeichneten Abschnitt einer Ladeluftzuführung. Der Sekundärkühlmittelkreis 3 enthält einen luftbeaufschlagten Luft/Kühlmittel-Wärmetauscher 12. Die Luftbeaufschlagung ist auch hier mit einem Pfeil 6 symbolisiert. Eine Kühlmittelpumpe 13 fördert gekühltes Kühlmittel vom Luft/Kühlmittel-Wärmetauscher 12 zu einem Kühlmittel/Ladeluft-Wärmetauscher 14. Das erwärmte Kühlmittel tritt aus dem Kühlmittel/Ladeluft-Wärmetauscher 14 aus und wird zum Luft/Kühlmittel-Wärmetauscher 12 zurückgeführt.
Der Kühlmittel/Ladeluft-Wärmetauscher 14 wird von einem Abgasturbolader 16 mit Ladeluft versorgt, die durch die Verdichtung im Abgasturbolader 16 erwärmt worden ist. Ein die erwärmte Ladeluft vom Abgasturbolader 16 zum Kühlmittel/Ladeluft-Wärmetauscher 14 führender Abschnitt der Ladeluftzuführung ist hierbei mit 15 bezeichnet. In der dargestellten Ausführungsform wird der Abgasturbolader 16 durch die Abgase der Brennkraftmaschine 5 angetrieben, was durch eine Abgasleitung 17 symbolisiert ist. Die im Abgasturbolader 16 entspannten Abgase werden über eine Leitung 18 einer Abgasreinigungsanlage zugeführt. Die für die Verbrennung in der Brennkraftmaschine 5 vorgesehene Luft wird vom Abgasturbolader 16 über eine Ansaugleitung 19 aus der Umgebung entnommen.
Der Sekundärkühlmittelkreis 3 kommuniziert über eine Sekundäranschlußleitung 20 mit dem Ausgleichsbehälter 9. Auch für den Sekundärkühlmittelkreis 3 ist eine Entlüftungsleitung 21 vorgesehen, die eine entsprechende Stelle des Sekundärkühlmittelkreises 3 mit dem Ausgleichsbehälter 9 kommunizierend verbindet.
Der Ausgleichsbehälter 9 dient somit bei beiden Kühlmittelkreisen 2 und 3 zum Ausgleich von Kühlmittelvolumenschwankungen, die beispielsweise auf Wärmeausdehnungseffekte zurückzuführen sind. Außerdem erfolgt die Entlüftung beider Kühlmittelkreise 2 und 3 ebenfalls durch den gemeinsamen Ausgleichsbehälter 9. Darüber hinaus ermöglicht der gemeinsame Ausgleichsbehälter 9 ein gleichzeitiges Auffüllen des Kühlmittels für beide Kühlmittelkreise 2 und 3 durch einen Einfüllstutzen 22 des Ausgleichsbehälters 9.
Es mündet ein Primäranschluß 23, mit dem die Primäranschlußleitung 8 an den Ausgleichsbehälter 9 angeschlossen ist, bei einem ersten Kühlmittelniveau 24 in den Ausgleichsbehälter 9 ein. Im Unterschied dazu mündet ein Sekundäranschluß 25, mit dem die Sekundäranschlußleitung 20 an den Ausgleichsbehälter 9 angeschlossen ist, bei einem zweiten Kühlmittelniveau 26 in den Ausgleichsbehälter 9 ein. Das zweite Kühlmittelniveau 26 liegt hydrostatisch höher als das erste Kühlmittelniveau 24.
Während das erste Kühlmittelniveau 24 den minimal möglichen Flüssigkeitspegel im Ausgleichsbehälter 9, nämlich bei vollständig entleertem Ausgleichsbehälter 9, repräsentiert, entspricht das zweite Kühlmittelniveau 26 einem Kühlmittelpegel, der noch ausreichend Kühlmittel im Ausgleichsbehälter 9 zur Verfügung stellt, um den Primärkühlmittelkreis 2 ordnungsgemäß zur Kühlung der Brennkraftmaschine 5 zu betreiben.
In der in 1 beispielhaft dargestellten Ausführungsform ist der Primäranschluß 23 an einen Boden 32 des Ausgleichsbehälters 9 angeschlossen, so daß die Mündung des Primäranschlußes 23 etwa eben oder bündig mit dem Boden 32 abschließt, wodurch das erste Kühlmittelniveau 24 dem Bodenniveau entspricht. Im Unterschied dazu ist der Sekundäranschluß 25 in Form eines rohrförmigen Stutzens ausgebildet, der den Boden 32 durchdringt und von diesem abstehend nach oben in den Ausgleichsbehälter 9 bis zum zweiten Kühlmittelniveau 26 hineinragt.
Oberhalb des zweiten Kühlmittelniveaus 26 ist im Ausgleichsbehälter 9 ein Grenzniveau 27 definiert, das den minimalen Füllpegel für das Kühlmittel repräsentiert, bei dem noch eine ordnungsgemäße Funktion aller Kühlmittelkreise 2 und 3 gewährleistet werden kann. Vorzugsweise weist die Kühlanlage 1 Überwachungsmittel 28, z.B. einen Sensor auf, mit dem der Füllstand bzw. der Kühlmittelpegel im Ausgleichsbehälter 9 überwacht wird, um bei Erreichen des Grenzniveaus 27 ein entsprechendes Warnsignal zu generieren, das über eine Signalleitung 29 beispielsweise an eine nicht dargestellte Motorsteuerung weitergeleitet wird.
Oberhalb des Grenzniveaus 27 ist ein Kühlmittelniveau 30 dargestellt, das bei einem normalen, ordnungsgemäßen Betrieb der Kühlmittelkreise 2 und 3 vom Kühlmittelpegel eingenommen werden kann. Oberhalb dieses normalen Kühlmittelniveaus 30 ist im Ausgleichsbehälter 9 ein Maximalniveau 31 definiert, das den maximalen Einfüllpegel für das Kühlmittel repräsentiert.
Wenn in der Kühlanlage 1 ein Kühlmittelverlust auftritt, insbesondere, wenn der Sekundärkühlmittelkreis 3 eine Leckage aufweist, wird das entweichende Kühlmittel entsprechend durch Kühlmittel aus dem Ausgleichsbehälter 9 ersetzt, wodurch der Kühlmittelpegel im Ausgleichsbehälter 9 allmählich sinkt. Durch die Anordnung der Mündungen der Kühlmittelkreise 2 und 3 im Ausgleichsbehälter 9 auf unterschiedlichen Kühlmittelniveaus 24 und 26 wird ein Kühlmittelabfluß aus dem Ausgleichsbehälter 9 in den Sekundärkühlmittelkreis 3 unterbrochen bzw. beendet, sobald der Kühlmittelpegel im Ausgleichsbehälter 9 das zweite Kühlmittelniveau 26 erreicht. Für den Fall, daß im Sekundärkühlmittelkreis 3 eine Leckage vorliegt, kann dann eine ordnungsgemäße Funktionsweise des Sekundärkühlmittelkreises 3 nicht mehr gewährleistet werden, was jedoch zunächst keine unmittelbare Gefahr für die Brennkraftmaschine 5 bedeutet. Im vorliegenden Fall kann dann die Ladeluft nicht mehr gekühlt werden, wodurch sich jedoch lediglich der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine verschlechtert. Der Primärkühlmittelkreis 2 bleibt jedoch auch nachdem der Kühlmittelpegel das zweite Kühlmittelniveau 26 erreicht hat noch voll funktionsfähig, so daß eine Überhitzung der Brennkraftmaschine 5 ausgeschlossen werden kann.
Durch die Entkopplung des Sekundärkühlmittelkreises 3 vom Ausgleichsbehälter 9 ab dem zweiten Kühlmittelniveau 26 kann das noch im Ausgleichsbehälter 9 verbleibende Restkühlmittelvolumen ausschließlich zur Versorgung des Primärkühlmittelkreises 2 verwendet werden, wodurch noch relativ lange eine ausreichende Kühlung für die Brennkraftmaschine 5 aufrechterhalten werden kann, um so die Brennkraftmaschine 5 möglichst lange vor einer Überhitzung zu schützen.

Claims

Kühlanlage für eine Brennkraftmaschine (5) eines Kraftfahrzeuges, – mit einem Primärkühlmittelkreis (2) zur Kühlung der Brennkraftmaschine (5), – mit wenigstens einem Sekundärkühlmittelkreis (3) zur Kühlung eines Fluids oder eines Aggregates des Kraftfahrzeuges, – wobei für die Kühlmittelkreise (2 und 3) ein gemeinsamer Ausgleichsbehälter (9) vorgesehen ist, der zum Ausgleich von Kühlmittelvolumenschwankungen in den Kühlmittelkreisen (2 und 3) und insbesondere zur Entlüftung der Kühlmittelkreise (2 und 3) dient, – wobei der Primärkühlmittelkreis (2) mit einem Primäranschluß (23) an den Ausgleichsbehälter (9) angeschlossen ist und bei einem ersten Kühlmittelniveau (24) in den Ausgleichsbehälter (9) einmündet, dadurch gekennzeichnet, – daß der Sekundärkühlmittelkreis (3) mit einem separaten Sekundäranschluß (25) an den Ausgleichsbehälter (9) angeschlossen ist und bei einem zweiten Kühlmittelniveau (26) in den Ausgleichsbehälter (9) einmündet, – daß das zweite Kühlmittelniveau (26) höher liegt als das erste Kühlmittelniveau (24), – daß das im Ausgleichsbehälter (9) enthaltene Kühlmittel bei sinkendem Kühlmittelpegel ab dem zweiten Kühlmittelniveau (26) vollständig zur Versorgung des Primärkühlmittelkreises (2) verwendet wird.
Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kühlmittelniveau (26) mindestens so hoch liegt wie ein Minimalniveau, das zur Aufrechterhaltung einer ordnungsgemäßen Brennkraftmaschinenkühlung erforderlich ist.
Kühlanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kühlmittelniveau (26) unterhalb eines Grenzniveaus (27) liegt, das zur Detektion eines Kühlmittelverlustes von Überwachungsmitteln (28) überwacht wird, wobei die Überwachungsmittel (28) ein Warnsignal generieren, wenn der Kühlmittelpegel das Grenzniveau (27) erreicht.
Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Primäranschluß (23) an der hydrostatisch am tiefsten liegenden Stelle des Ausgleichsbehälters (9) darin einmündet.
Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärkühlmittelkreis (3) zur Ladeluftkühlung dient.
Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundäranschluß (25) durch einen rohrförmigen Stutzen gebildet ist, der von der Unterseite des Ausgleichsbehälters (9) in diesen hineinragt.
Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sekundärkühlmittelkreise (3) vorgesehen sind, deren Sekundäranschluß (25) oder deren Sekundäranschlüsse (25) beim zweiten Kühlmittelniveau (26) oder entsprechend ihrer Wichtigkeit für die Sicherheit des Fahrzeugebetriebes bei bis zum zweiten Kühlmittelniveau (26) von oben nach unten abgestuften Kühlmittelniveaus in den Ausgleichsbehälter (9) einmünden.