DE2817976C2 - Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor mit einem Behälter zur Aufnahme von Kühlmittel und einem Überdruckventil, das bei Überschreiten eines bestimmten Druckes im Behälter zur Atmosphäre hin öffnet.

E!s ist bereits ein Verbrennungsmotor mit einem Kühlsystem bekannt (US-PS 37 65 383), das mit einem Überdruckventil ausgestattet ist und das gegen die Wirkung einer Druckfeder verstellbar ist. Das Überdruckventil ist in einem zylindrischen Gehäuse auf der Oberseite des Behälters angeordnet und öffnet sich bei einem bestimmten Druck im Behälter und bestimmt damit den Systemdruck. An das zylindrische Gehäuse ist eine Druckmittelleitung angeschlossen, die mit einem Akkumulator verbunden ist, der ferner über eine weitere Druckmiltelleitung an die Unterseite des Behälters angeschlossen ist. Der Akkumulator hat nun die Aufgabe das aus dem Behälter überfließende Kühlmittel aufzunehmen, wenn der Verbrennungsmotor warmläuft. Aufgrund des Akkumulators kann auf das normalerweise über dem Kühlmittel stehende Luftpolster verzichtet werden. Dieses Kühlsystem ist jedoch aufwendig und teuer.

Bei einem Kühlsystem der eingangs genannten Art (US-PS 28 78 794) weist das Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor einen Behälter zur Aufnahme von Kühlmittel und einem Überdruckventil auf. Der Behälter, der vollständig mit Kühlmittel gefüllt ist, steht übeir eine Rohrleitung mit einem Auffangbehälter in Verbindung, der nur zum Teil mit Kühlmittel gefüllt ist.

in das die Rohrleitung ständig eingetaucht ist, so daß bei Abkühlung keine Luft über die Rohrleitung in den Behälter gelangen kann. Ober dem Kühlmittel im Auffangbehälter liegt ein Luftpolster, das über das in den Auffangbehälter fließende Kühlmittel komprimiert wird, wobei der maximale Druck im Auffangbehälter durch ein am Auffangbehälter vorgesehenes Überdniekventil begrenzt wird. Elie Verwendung eines druckbeaufschlagten Auffangbehälters verteuert das Kühlsystem und erfordert zusätzlich Platz, Der Befüllungsvor- ι ο gang ist sehr umständlich, da der Behälter des Kühlers und der Auffangbehälter mit Kühlmittel befüllt werden müssen. Bei den häufig auftretenden Belastungsschwankungen und den damit verbundenen Temperaturänderungen baut sich im Kühlsystem ein Druck auf, der sich aus dem Öffnungsdruck des Überdruckventils des Behälters und dem Druck im Auffangbehälter zusammensetzt Daraus ergibt sich, daß das Kühlsystem ständig hohen Druckspitzen ausgesetzt ist

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Systemdruck auf einen Wert zu begrenzen, der im Normalbetrieb nicht überschritten wird, ohne daß der Einstelldruck am Sicherheitsventil geändert wird. Diese Aufgabe ist dadurch gelöst worden, daß ein Druckbegrenzungsventil im Ausdehnungsbehälter vorgesehen ist dessen Ansprechdruck unter dem des Oberdruckventiles liegt und das durch ein temperaturabhängiges Stellglied außer Wirkung bringbar ist Auf diese Weise wird über das Druckbegrenzungsventil der Systemdruck auf einen nietirigen Wert begrenzt wenn der Systemdruck des Behälters des Kühlsystems bei Volumenausdehnung des Kühlmittels durch Wärmezufuhr schneller ansteigt als der Sättigungsdruck. Die Begrenzung des Systemdruckes durch das Überdruckventil beispielsweise in einer Verschlußklappe des Kühlsystems ist üblicherweise höher, beispielsweise bei 1 bar. Der sich einstellende Dampfdruck bei den überwiegend auftretenden Temperaturen (ca. 90°) liegt weit unter 0,5 bar. Eine Begrenzung auf diesen kleinen Wert durch Einbau eines w zusätzlichen Druckbegrenzungsventils wird der Aufbau eines Druckes über diesen Wert im System für die am häufigsten vorkommenden Betriebszeiten des Motors vermieden. Hierzu ist es vorteilhaft, daß das normalerweise in Schließstellung befindliche, den Behälterdruck ablassende Druckbegrenzungsventil ?.ur Erzeugung eines bestimmten, einstellbaren maximalen Druckes über ein als Stellglied ausgebildetes Dehnungsgefäß vorspannbar ist, wobei das Druckbegrenzungsventil in Abhängigkeit der ansteigenden Temperatur am Stellglied den Schließdruck erhöht und das Druckbegrenzungsventil außer Wirkung bringt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Stellglieder eine die Temperatur des Kühlmittels erfaßbare Meßvorrichtung aufweisen. Vorteilhaft ist es ferner, daß die Stellgliedler den Kühlmittelfluß aus dem Wasserbehälter zum zweiten Überdruckventil unterbrechende Absperrelemente aufweisen. Außerdem ist es vorteilhaft daß das zweite Überdruckventil in einer Ablaßleitung angeordnet ist, die zumindest Teil einer an den Wasserbehälter angeschlossenen Kühlmittelleitung ist, wobei die Ablaßleitung über das zweite Überdruckventil bis zu einem bestimmten Druck abgesperrt ist, während das Absperrelement des Stellgliedes sich normalerweise in einer Durchflußstellung befindet und den Wasserbehälter mi" der Ablaßleitung bis zu dem ersten Druckniveau verbindet und bei einem höheren Druckniveau die Ablaßleitur.g zum zweiten Überdruckventil absperrt

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß das zweite Überdruckventil in einer an eine Druckkappe des Wasserbehälters angeschlossenen Kühlmittelleitung, die mit ihrem einen Ende an den Wasserbehälter und mit ihrem anderen Ende an eine Ablaßleitung angeschlossen ist vorgesehen ist und mittels Federkraft gegen die Wirkung des Kühlmitteldruckes im Wasserbehälter verstellbar ist Ferner ist es vorteilhaft daß eine Niederdruckleitung den Wasserbehälter mit der Ablaßleitung zwischen dem zweiten Überdruckventil und dem Stellglied verbindet

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es vorteilhaft daß das Stellglied aus einem in das Kühlmittel eintauchbaren Fühler und einem sich anschließenden ausdehnbaren Balg sowie einem Kolben besteht der mit dem Absperrelement ausgerüstet ist das bei Temperaturerhöhung gegen die Wirkung einer Feder in eine Schließstellung bringbar ist und die Niederdruckicitung des Wasserbehälters zur Ablaßleitung absperrt Vorteilhaft ist es auß /dem, daß der Fühier und der Baig einteilig und zy^rnderförmig ausgebildet sind und der Fühler mit seiner Stirnfläche gegen die Innenseite einer Wand des Wasserbehälters anliegt während der Balg sich durch eine öffnung in der Wand des Wasserbehälters erstreckt und den sich durch eine Feder erstreckenden Kolben aufnimmt Ferner ist es vorteilhaft daß das Stellglied aus dem an der Wand des Wasserbehälters fest angeordneten Balg gebildet ist dessen freies Ende mit einem Meßkolbsn verbunden ist der sich durch die in der Wand des Wasserbehälters vorgesehene öffnung erstreckt wobei der Balg sich bei Temperaturanstieg ausdehnt und gegen ein die Öffnung verschließendes Dichtelement für ein geringes Druckniveau schließt während bei Erreichung eines zweiten Druckniveaus das im Balg enthaltene Medium den Schließdruck so erhöht, daß das erste Überdruckventil für einen Druckausgleich des Wasserbehälters sorgt Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es vorteilhaft daß der Balg in eine mit der Druckkappe verbundene Ablaßleitung ragt

Anhand der Zeichnung werden zwei Ausführungsbeispiele eines Kühlsystems eines Verbrennungsmotors nach der Erfindung erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Verbrennungsmotors mit dem erfindungsgemäßen Kühlsystem,

F i g. 2 eine perspektivische Darstellung des oberen Teiles des Kühlers,

Fig.3 einen schematischen Längsschnitt durch den oberen Teil des Kühlers,

Fig.4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kühlers im Längsquerschnitt,

Fig.* und 6 verschiedene Parameter, die Verhältnisse zwischen Temperatur und Druck im Kühlsystem darstellen.

In der Zeichnung ist mit 10 ein Verbrennungsmotor bezeichnet der zum Antrieb eines Schleppers, eines Mähdreschers oder einer stationären Vorrichtung eingesetzt werden kaiin. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Kühlsystem 12 ausgerüstet und kann auf einem in der Zeichnung nicht dargestellten Rahmen montiert sein. Der Verbrennungsmotor JO weist einen Zylinderblock 14 mit einem Zylinderkopf 16 auf. Im Zylinderblock 14 sind vier gleiche Zylinder 18 vorgesehen, die mit je einer Zylinderbuchse .20 ausgestattet sind. Ferner weist der Verbrennungsmotor 10 eine mit 22 bezeichnete Kurbelwelle auf (Fig. 1).

Zu dem Kühlsystem 12 gehören ein Motorwasserraum 24, ein Radiator 26, eine Umwälzpumpe 28 und ein Lüfterrad 29. Der Motorwasserraurn 24 weist in der Zeichnung nicht dargestellte Verbindungsleitungen und Kammern innerhalb des Zylinderblocks 14 und des Zylinderkopfes 16 auf, damit Kühlmittel zu den verschiedenen Teilen des Verbrennungsmotors 10 während des Arbeitsprozesses gelangen kann. Die in F i g. I auf dem Zylinderblock 14 und dem Zylinderkopf 16 angegebenen Pfeile geben den Bereich des Motorwasserraums 24 an und zeigen den Kühlmittelfluß des Kühlsystems 12. Der Motorwasserraum 24 weist ferner einen Einlaßstutzen 30 und einen AuslaQstutzen 32 auf, wobei letzterer an einen Gehäuseteil 34 zur Aufnahme eines Thermostaten 36 angeschlossen ist. Der Auslaßstutzen 32 ist im Bereich der Umwälzpumpe 28 auf der Seite des Thermostaten 36 über eine Nphpnlpitiing mit dem Mntnrwasserraum 24 verbunden. Der Radiator 26 weist einen oberen Wasserbehälter 40, Kühlerrippen 42 und einen unteren Behälter 44 auf. Der untere Behälter 44 ist über einen Auslaßstutzen 46 und über eine Leitung 48 an den Einlaßstutzen 30 des Motorwasserraums 24 angeschlossen.

Der obere Wasserbehälter 40 des Kühlsystems 12 ist im Detail in den F i g. 2 und 3 veranschaulicht. Der obere Wasserbehälter 40 weist eine obere Seite 50 und eine Rückseite 52 auf. Ein Einlaßstutzen 54 ist an eine öffnung 56 angeschlossen, die etwa mittig in der oberen Seite 50 angeordnet ist. Der Einlaßstutzen 54 weist ein zylindrisches Rohrstück 58 auf, an dessen linke Seite ein horizontal verlaufendes Rohrstück 60 angeschlossen ist. Links vom Einlaßstutzen 54 erstreckt sich durch die obere Seite 50 ein 90°-Krümmer 62. Der äußere horizontal verlaufende Teil des Krümmers 62 erstreckt sich nach links. Die Rückseite 52 des oberen Wasserbehälters 40 weist einen Einlaßstutzen 64 auf, der über eine Leitung mit dem Auslaßstutzen 32 verbunden ist (Fig. 1). In der Rückseite 52 ist ein mit Gewinde versehener Anschlußflansch 66 (Fig. 3) vorgesehen, der sich in das Innere des oberen Wasserbehälters 40 erstreckt. Eine druckgesteuerte Ventilvorrichtung 68 ist in den Anschlußflansch 66 eingeschraubt und abgedichtet, so daß kein Kühlmittel unkontrolliert aus dem Wasserbehälter 40 abfließen kann. Die Ventilvorrichtung 63 besteht aus einem Gehäuse 70, einem Thermostellglied 72, einem thermogesteuerten Ventil 74 und einem Überdruckventil 76. Das Gehäuse 70 weist ein zylinderförmig ausgebildetes Rohrstück 78 mit einer Abschlußkappe 80 auf, die das äußeie Ende de? Rohrstückes 78 nach außen hin abdichtet. Das innere Ende 82 des Rohrstückes 78 des Gehäuses 70 ist offen und weist ein kurzes Gewindestück 84 auf. Der mittlere Teil des Rohrstückes 78 ist in drei koaxial verlaufende, zylindrische und untereinander verbundene Kammern aufgeteilt, wovon eine als innere Kammer 86, eine als mittlere Kammer 88 und eine als äußere Kammer 90 bezeichnet ist Die innere Kammer weist ein Rohrstück 92 mit größerem Durchmesser im Bereich des inneren Endes 82 und ein Rohrstück 94 mit kleinerem Durchmesser im Bereich der mittleren Kammer 88 auf. An der Übergangsstelle zwischen den Rohrstücken 92 und 94 der inneren Kammer 86 befindet sich ein Federsitz 96. An der Übergangsstelle zwischen der inneren Kammer 86 und der mittleren Kammer 88 befindet sich ein kegelförmig ausgebildeter Sitz 98, gegen den das thermisch betätigbare Ventil 74 zur Anlage kommt Zwischen der Übergangsstelle der äußeren Kammer 90 und der inneren Kammer 88 ist eine Schulter 100 vorgesehen, die als Sitz 102 für das Überdruckventil 76 dient. Vom mittleren Rohrstück 78 erstreckt sich vertikal nach oben eine Niederdruckleitung 104, die mit der inneren Kammer 86 verbunden ist, während eine Hochdruckleitung 106 mit der äußeren Kammer 90 verbunden ist. An die äußere Kammer 90 ist ferner ein Ablaßstutzen 108 angeschlossen, der sich diametral gegenüber der Hochdruckleitung 106 nach unten erstreckt.

Das Thermostellglied 72 weist ein gehäuseartiges Gewindeteil 110 auf, das auf das Gewindestück 84 des innenliegenden Endes 82 des Gehäuses 70 aufgeschraubt ist. Das Gewindeteil 110 ist ferner mit einem Außengewinde versehen, das in den Anschlußflansch 66 eingeschraubt ist. Das Gewindeteil UO weist einen Meßwertumwandler auf, der aus einem Fühler 112 und einem Stellglied bzw. einem Balg 114 besteht. Ein Stift ! !6. der Wo«*'³' im CiehSiixe 70 angeordnet ist. erstreckt sich von dem Balg 114 in die innere Kammer 86. Mittels des Fühlers 112 wird eine Temperaturveränderung erfaßt und dem Balg 114 übermittelt. Der hierdurch im Balg 114 auftretende Druckanstieg bewirkt eine Verstellung des Stiftes 116 und somit des Kolbens 118 in Richtung der Kammer 88. Auf dem Stift 116 ist der Kolben 118 geführt, der hierzu eine Sacklochbohrung 120 aufweist sowie am freien Ende eine Ringnut 121 und am gf •i'jnüberliegenden Ende einen Ringflansch 122. Der Kolben 118 ist mittels einer Feder 123 auf dem Stift 116 gehalten, die zwischen dem Ringflansch 122 des Kolbens 118 und dem Federsitz % angeordnet ist. In der Ringnut 121 des Kolbens 118 befindet sich ein O-Ring 124, der gegen den Sitz 98 zur Anlage bringbar ist (das Ventil 74 befindet sich normalerweise in einer Du rchflußstellung, F i g. 3).

Das als Niederdruckventil ausgebildete Überdruckventil 76 ist in der äußeren Kammer 90 des Gehäuses 70 aufgenommen und weist eine Tellerdichtung 126 auf. die mit einem Federsitz 128 ausgerüstet ist. Eine Feder 130 ist auf dem Federsitz 128 angeordnet und wirkt zwischen diesem und der Abschlußkappe 80. Das Überdruckventil 76 befindet sich gemäß F i g. 3 normalerweise in seiner Schließstellung.

Eine Niederdruckleitung 132 ist einenends an den Krümmer 62 des oberen Wasserbehälters 40 und anderenends an die Niederdruckleitung 104 der Ventilvorrichtung 68 angeschlossen. Eine Hochdruckleitung 134 ist einenends an das Rohrstück 60 der Verschlußeinrichtung 138 und anderenends an die Hochdruckleitung 106 der Ventilvorrichtung 68 angeschlossen. Eine Ablaßleitung 136 ist an den sie', nach unten erstreckenden Ablaßstutzen 108 angeschlossen, so daß die Dämpfe nach unten abgeleitet werden können.

Der obere Wasserbehälter 40 ist normalerweise geschlossen und mittels einer Druckkappe 140 abgedichtet, die am Einlaßstutzen 54 angeschlossen und befestigt ist Die Druckkappe 140 weist ein Vakuumventil 142 und ein Überdruckventil 144 auf. Das Vakuumventil 142 weist ein Ventildichtelement 146 auf. Eine Feder 148, ein Flansch 150 sowie eine Feder 152 sind Bestandteil des Vakuumventils 142, das sich normalerweise in einer Schließstellung gemäß Fig.3 befindet

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig.4 veranschaulicht, das lediglich den oberen Wasserbehälter 40' sowie den oberen Teil des Radiators 26' eines Kühlsystems 12', ähnlich wie in F i g. 1, wiedergibt

Ein Einlaßstutzen 54' ist an eine öffnung 56' in der

oberen Seite SO' angeschlossen und weist ein zylinderfönniges Rohrstück 58' mit einem seitlich angeordneten Rohrstück 60' auf.

In einer weiterem Öffnung 210 in der oberen Seite 30', links vom Rohrstück 58', befindet sich ein einstellbares Druckbegrenzungsventil 212, das sich normalerweise in seiner Schließstellung gemäß Fig.4 befindet. Das Druckbegrenzungsventil 212 weist einen zylindrischen Stutzen 214 auf, der an seinem oberen und unteren Ende geöffnet ist Die im unteren Ende vorgesehene Öffnung 218 befindet sich in einem Flansch 216. Ein Rohrstutzen 220 erstreckt sich horizontal seitlich nach rechts, während ein Ablaßstutzen 222 sich nach links erstreckt. Der Rohrstutzen 220 und der Ablaßstutzen 222 sind an den Stutzen 214 angeschlossen. Ein Fühler 224 ist mit einem Meßkolben 228 ausgerüstet, der an seinem oberen Ende einen Flansch 226 aufweist. Der Meßkolben 228 is! teilweise mit Druckmittel gefüllt und erstreck* sich durch die öffn^lincf 2^* Zwl^^^n dppi oberen Ende des Meßkolbens 228 und dem Flansch 226 befindet sich ein dehnbarer Balg 230, der in dem Stutzen 214 aufgenommen und an den Flansch 226 angeschlossen ist. Der Flansch 226 sitzt dichtend im Stutzen 214 und ist mittels eines Federringes 232 in diesem gesichert. Auf den Meßkolben 228 ist ein ringförmiger Flansch 234 aufgeschoben, der auf einer Dichtung 236 aufliegt, die die öffnung 218 abdichtet. Eine Druckablaßleitung 238 verbindet den Rohrstutzen 220 mit dem Rohrstück 60'. Eine Ablaßleitung 240 ist an den Rohrstutzen 222 angeschlossen und erstreckt sich über einen 90°-Krümmer '..ich unten in den Bereich der Unterseite des Verbrennungsmotors 10.

Das Kühlsystem 12' ist ebenfalls wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 über eine Verschlußeinrichtung 138' abgedichtet, die auf dem Einlaßstutzen 54' sitzt, der ebenfalls eine Dmckkappe 140' sowie ein Vakuumventil 142', ein Ventildichtelement 146' und eine Feder 148' aufweist. Ferner ist in dem Einlaßstutzen 54' ein Überdruckventil 144', ein Flansch 150' und eine Feder 152' vorgesehen.

Vor dem Arbeitseinsatz wird das Kühlsystem 12 mit Kühlmittel gefüllt, wobei im oberen Bereich des Wasserbehälters 40 ein Luftpolster gemäß F i g. 3 verbleibt, das sich ausdehnen kann. Danach wird die Druckkappe 140 aufgesetzt und das Kühlsystem 12 verschlossen. Das obere Vakuumventil 142 mit einem Einstellwert von beispielsweise 1,05 bar und das Überdruckventil 76 mit einem Einstellwert von beispielsweise 03 bar befinden sich normalerweise in einer Schließstellung, während sich das thermogesteuerte Ventil 74 in seiner Durchflußstellung befindet, so daß über die Niederdruckleitung 132 und die Kammer 88 zwischen dem Wasserbehälter 40 und dem Überdruckventil 76 eine Druckmittelverbindung besteht Wärmt sich die Maschine bzw. der Verbrennungsmotor 10 nach einem Kaltstart auf, so expandiert das Kühlmittel und der Systemdruck steigt auf einen Einstellwert von etwa 03 bar an, so daß das Überdruckventil 76 sich öffnet und über die Ablaßleitung 136 zum Atmosphärendruck eine Verbindung herstellt Danach begrenzt das Überdruckventil 76 den Systemdruck auf 0,49 bar, bis die Temperatur des Kühlmittels im oberen Wasserbehälter 40 eine bestimmte Temperatur von ca. 110⁰C erreicht hat, und zwar in Abhängigkeit der unterschiedlichen Einflüsse, denen der Verbrennungsmotor 10 ausgesetzt ist Hat sich das Druckmittel in dem Fühler 112 des thermogesteuerten Ventils 74 ausgedehnt, so bewirkt der Balg 114 eine Verstellung des Stiftes 116 nach links.

der wiederum den Kolben 118 verstellt, so daß der O-Ring 124 die Kammer 88 verschließt. Durch diesen Abdichtvorgang wird die Kühlmittelverbindung zwischen dem Überdruckventil 76 und dem Wasserbehälter 40 unterbrochen, so daß das Überdruckventil nicht mehr wirksam ist. Tritt aufgrund des Motorbetriebes ein weiterer Temperaturanstieg im Kühlmittel auf, so steigt der Systemdruck weiter an. Dieser wird durch den oberen Einstelldruck von 1,05 bar des Überdruckventils 144 bestimmt. Steigt der Druck im Wasserbehälter 40 über 1,05 bar an. so öffnet sich die Druckkappe 140 und der Druck kann sich über die Hochdruckleitung 134 und die Ablaßleitung 136 sowie die äußere Kammer 90 entspannen.

Werden bei dem Verbrennungsmotor normale Arbeitsbedingungen angenommen, dann liegt die Kühlmitteltemperatur und somit auch der Druck unter 1,05 bar und das Überdruckventil 144 ist geschlossen. Fäüi. rlip Tpmneratiir des Kühlmittels unter HO⁰C. so wird die Temperatur dieses Kühlmittels über den Fühler 112 des Ventils 74 erfaßt und die Zusammenziehung des Druckmittels bewirkt, so daß der Balg 114 den Stift 116 verstellt, der den Kolben 118 trägt. Die Verstellung des Stiftes 116 geschieht unter der Wirkung des Federdrukkes der Feder 123 nach rechts, so daß der O-Ring 124 die Kammer 88 freigibt und das Überdruckventil 76 wieder den Systemdruck auf 0,49 bar begrenzt. Nachdem der Verbrennungsmotor abgeschaltet ist, wird im Kühlsystem ein Unterdruck erzeugt, so daß das Vakuumventil 142 in der Druckkappe 140 geöffnet wird und die Außenluft in den oberen Raum des Wasserbehälters 40 eindringen kann.

Im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 ist das Überdruckventil 76 in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Ventil 74 angeordnet, und zwar zwischen den Kammern 88 und 90. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß das Überdruckventil 76 stromabwärts vom Ventil 74 in der Ablaßleitung 136 vorgesehen werden kann oder auch stromaufwärts, und zwar im Bereich der Anschlußstelle des Krümmers 62 an der oberen Seite 50 des Wasserbehälters 40.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist das Druckbegrenzungsventil 212 so ausgelegt, daß es normalerweise geschlossen ist auch dann, wenn eine relativ geringe Motortemperatur vorherrscht. Die Verbindung des Balges 230 zusammen mit dem Dampfdruck des Druckmittels innerhalb des Fühlers 224 bewirkt eine Ausdehnung des Balges 230 und eine Abwärtsverstellung der Dichtung 236 in eine Schließstellung. Wenn der Verbrennungsmotor und somit das Kühlmittel sich aufwärmen, so dehnt sich das Kühimittel innerhalb des Meßkolbens 228 aus, der in das Wasser des oberen Wasserbehälters 40' ragL Hierdurch wird der Flansch 234 gegen die Dichtung gedrückt und eine Erhöhung des Überdruckes im Kühlsystem hervorgerufen. Das Druckbegrenzungsventil 212 kann als Druckablaßventil fungieren, und zwar in Abhängigkeit der Stellkräfte des Balges 230 und der Kompressibilität des Dampfes innerhalb des Fühlers 224. Ferner wirkt das Druckbegrenzungsventil 212 als Feder mit einem Einstellwert, der in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur variiert Wenn das Druckbegrenzungsventil 212 geöffnet ist, kann der Druck des Kühlsystems über das Gehäuse des Druckbegrenzungsventils 212 und über die Ablaßleitung 240 entweichen.

Der Druck/Temperatur-Verlauf (F ί g. 6) des einstellbaren Druckbegrenzungsventils 212 hängt von dem Verhältnis des Durchmessers des Balges 230 zum

Durchmesser der Öffnung 218 in dem Flansch 216 des Ventilgehäuses, dem Anteil des Druckmittels, der sich im Meßkolben bzw. im Fühler 224 befindet, und der Federkennrate des Balges 230 ab. Das Druckbegrenzungsventil 212 kann so ausgebildet sein, daß der <, effektive Überdruck linear zur Temperatur auf einen Druck von ca. 0,42 bar ansteigt, bis eine Temperatur von 107⁰C erreich* ist. Dies entspricht in etwa dem Dampfdruck des Druckmittels innerhalb des Balges 230 und des Fühlers 224, so daß oberhalb von 107° der Druck relativ schnell ansteigt, wobei die Temperatur nur geringfügig zunimmt. Oberschreitet der Druck des Kühlmittels den Einstellwert des Druckbegrenzungsventils 212, so steigt der Druck bis auf den eingestellten Wert des Überdruckventils 144' (1,05 bar) an, da dann das Druckmittel über das Überdruckventil 144' entweicht.

Es ist natürlich möglich, zusätzliche Federn in den Balg 230 einzusetzen, um die Federkennrate des Balges und somit den Druck/Temperatur- Verlauf des Druckbegrenzungsventils 212 zu verändern.

Sollte es erwünscht sein, so können auch die Abmessungen des Druckbegrenzungsventils 212 derart bemessen sein, daß es bei einer bestimmten Temperatur geöffnet und bei einer bestimmten Temperatur mit einem Druck von 0 bar geschlossen ist Danach kann das Druckbegrenzungsventil 212 bei progressiv ansteigendem Druck und bei ansteigender Temperatur allmählich fest geschlossen werden.

Zwischen den Kurvenpunkten L und M steigt der jo Überdruck des Druckbegrenzungsventils 212 mit zunehmender Temperatur linear an. An dem Kurvenpunkt M ist die Temperatur des Balges 230 derart hoch, daß ein Wechsel des Zustandes des Kühlmitteis eintritt, so daß an dieser Stelle das Kühlmittel zu verdampfen beginnt, wobei bei kleinem Temperaturanstieg der Dampfdruck sehr schnell ansteigt Der Kurvenverlauf ist durch die Kurvenpunkte MN wiedergegeben. Am Kurvenpunkt N ist das gesamte Füllmittel im Balg in Dampf umgewandelt. Ein weiterer Temperaturanstieg im Ba!g 230 führt zu einem geringen Druckanstieg. Die Neigung des Kurvenzweiges NO hängt von zahlreichen Faktoren ab, so zum Beispiel von der Beschaffenheit des Füllmittels. Es ist besonders vorteilhaft das Druckbegrenzungsventil 212 so auszubilden, daß bei nachträglieher Dampfbildung im Kurvenabschnitt NO der maximale Druck im Kühlsystem nicht überschritten wird. Ferner soll der Balg soviel Füllmittel aufweisen, daß bei einer bestimmten Balgtemperatur, die der gewünschten oberen maximalen Temperatur des so Kühlsystems entspricht die Verdampfung des Füllmittels beendet ist. Mit einem solchen Überdruckventil im Kühlsystem 12 ist ein Überdruckventil zur Begrenzung des maximalen Überdruckes, wie es beispielsweise mittels des Überdruckventils 144' geschieht nicht erforderlich (F i g. 4).

F i g. 6 ist eine vereinfachte graphische Darstellung des Druck/Temperatur-Verlaufs des Kühlsystems 12 wiedergegeben, das in Fig.3 und 4 dargestellt ist In dieser Graphik ist auch der Kurvenverlauf für ein so typisches, konventionelles Kühlsystem mit einem einfachen Überdruckventil veranschaulicht das auf einen bestimmten Druck eingestellt ist Ferner ist in F i g. 6 das Dampfdruck/Temperaturverhältnis (VP) für ein typisches Kühlmittel in einem Kühlsystem wiedergegeben. Die Kurven zeigen die Abhängigkeit bestimmter Kühlsysteme bzw. deren Kühlmittel, deren Zustand allgemein bekannten physikalischen Gesetzen unterliegt (Abhängigkeit des Kühlmittels von Druck. Volumen und Te Ynperatur). Für jedes Kühlsystem, das in F i g. 6 durch die Kurven veranschaulicht ist, wird angenommen, daß die Außentemperatur des Verbrennungsmotors und des zugehörigen Kühlsysiems etwa 5°C aufweist und daß das Kühlsystem bei Beginn des Laufes des Verbrennungsmotors einem Atmosphärendrucik (0 bar) ausgesetzt ist. Wird der Verbrennungsmotor 10 bei Startbeginn aufgewärmt, so besteht noch kein Überdruck. Der Druck steigt Abhängigkeit der Temperatur linear an, wobei die Anstiegsrate etwas von dem Kühlsystem abhängt. Der Anstieg der Kurve hängt beispielsweise vom Kühlmittel und von der Kühlmenge ab. Eiin typischer Kurvenverlauf eines Kühlmitteldruckanstieges ist durch die Kurve AGDB bzw. AC'D'B' wiedergegeben.

Bei einem konventionellen druckbeaufschlagten Kühlsystem mit einem einfachen Überdruckventil für einen bestimmten öffnungsdruck, beispielsweise für 1,05 bar, steigt der Druck gemäß B oder B' bei relativ kleiner Behältertemperatur an, wobei das Druckbegrenzungsventil den Systemdruck auf 1,05 bar einstellt, während die Behältertemperatur weiterhin ansteigt (BC oder B'C)

Bei einem Zweistufendrucksystem (F i g. 3) steigt der Druck bei anfänglicher Aufwärmung des Verbrennungsmotor!! auf etwa 0,49 bar (D oder D') an und bleibt danach bei einem Überdruck von 0,49 bar konstant, während die Behältertemperatur auf 110° C ansteigt (D¹E oder DE). Bei dieser Temperatur schließt das thennogesteuerte Ventil 74 und setzt das Überdruckventil 76 für 0,49 bar außer Wirkung, wobei die Kühlmitteltemperatur gleichzeitig mit dem Systemdruc'k ansteigt. Die Druck/Temperatur-Kurve (EF) verlätuft in etwa parallel zu der Kühlmitteldampfkurve (VP). Hat an der Stelle F die Behältertemperatur einen Wem von etwa 120⁰C bei einem Druck von 1,05 bar erreicht der durch das Überdruckventil 144 bestimmt wird, dann entspannt sich der Wasserbehälter 40 bei einem weiteren Temperaturanstieg über 120⁰C über das Überdruckventil 144, so daß der Druck im Wasserbehälter 40 bei ca. 1,05 bar (FC) konstant bleibt.

Ein Druck/Temperatur-Verlauf für ein Kühlsystem mit dem Druckbegrenzungsventil 212 (Fig.4) ist in Fig.6 anhand der Kurven AG (oder AG') HFC veranschaulicht. Bei einer Temperatur von etwa 5⁰C weisit das einstellbare Druckbegrenzungsventil 212 einen Öffnungsdruck von etwa 0,14 bar auf (G") Wird der Verbrennungsmotor nach einem Kaltstart bei ungefähr 5° C erwärmt, so steigt der Druck aufgrund der Eigenschaft des Kühlsystems auf einen Punkt G oder G' an. Der Kurvenverlauf G"//hängt vom sich steigernden Schließdruck des Druckbegrenzungsventils 212 im Temperaturbereich zwischen 5°C und 107⁰C ab. Der Kurvenabschnitt GH (oder G'H) definiert also die Systemchcrakteristik, wobei das Kühlsystem mittels des Druckbegrenzungsventils 212 bei ansteigendem Druck bis zu einer Temperatur von 107⁰C gesteuert wird. Im Kurvenpunkt H beginnt das gesamte Füllmittel im Balg 230 und in dem Fühler 224 zu verdampfen, so daß der Dampfdruck in dem Balg und in dem Fühler sehr schnell ansteigt und auch der Schließdruck des Druckbegrenzungsventils bei geringer Temperaturzunahme sehr schnell ansteigt Die Behältertemperatur wird durch den Meßkolben 228 ermittelt (H]) Bei einer Temperatur größer als 107° C steigt der effektive Systemdruck bei geschlossenem Druckbegrenzungsventil 212 schneller an (H)) als im Kurvenabschnitt HF. Im Kurvenpunkt F

weia Uür Sysiemdruck ca. 10,5Kp/cm² bei einer Behältertemperatur von etwa I2P°C auf. Bei Erreichen des Kurvenpunktes F öffnet sich das Überdruckventil 144' in der Verschlußeinrichtung 138', um eine Druckentlastung des Kühlsystems herbeizuführen, so daß bei weiterer Temperaturerhöhung kein weiterer Druckanstieg erfolgt (FC). Ob der Kurvenverlauf H] steil oder weniger steil ist, hängt von der gesamten Vorrichtung ab, insbesondere vom Schließdruck der Ventile.

Fig.6 zeigt verschiedene Parameter eiwes Kühlsystems mit Überdruckeinrichtung, bei denen die Verbrennungsmotore eine größere Betriebsdauer erreichen. Mit einem derartigen Kühlsystem erhält man eine Druck/Ttrriperatur-Kurve, die in etwa der Dampfkurve VPer.i ipricht. Die Druck/Temperatur-Kurve soll dabei nicht vollständig dem VP-Kurvenverlauf angeglichen werden, damit die ungünstigen Einflüsse, die beim Verdampfungsprozeß auftreten, ausgeschaltet werden können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. KOhlsi tern für einen Verbrennungsmotor mit einem Behälter zur Aufnahme von Kühlmittel und einem Oberdruckventil, das bei Oberschreiten eines bestimmten Druckes im Behälter zur Atmosphäre hin öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckbegrenzungsventil (68, 212) im Ausdehnungsbehälter (oberer Wasserbehälter 40) vorgesehen ist, dessen Ansprechdruck unter dem des Oberdruckventils (144,144') liegt und das durch ein temperaturabhängiges Stellglied (Fühler 112, 224) außer Wirkung bringbar ist

2. KQhlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das normalerweise in Schließstellung is befindliche, den Behälterdruck ablassende Druckbegrenzungsventil (212) zur Erzeugung eines bestimmten, einstellbaren maximalen Druckes Ober ein als Stellglied ausgebildetes Dehnungsgefäß (Balg 230) vorspannbar ist, wobei das Druckbegrenzungsventil in Abhängigkeit der ansteigenden Temperatur am Stellglied {Pühler 224) den Schließdruck erhöht und das Druckbegrenzungsventil außer Wirkung bringt

3. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder (Thermosteilglieder 72) eine die Temperatur des Kühlmittels erfaßbare Meßvorrichtung (Fühler 112 bzw. Balg

114) aufweisen.

4. Kühlsystem nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder (Thermostellglieder 72) den Kühlmittelfluß aus dem Wasserbehälter (40) zum zweiten Oberdruckventil (76) unterbrechende Absperrelemente (O-Ringe 124) aufweisen.

5. Kühlsystem nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Überdruckventil (76) in einer Ablaßleiturv angeordnet ist, die zumindest Teil einer an den Wasserbehälter (40) angeschlossenen Kühlmittelleitung (Rohrstück 78) ist, wobei die Ablaßleitung über das zweite Überdruckventil (76) bis zu einem bestimmten *o Druck abgesperrt ist, während das Absperrelement (O-Ring 124) des Stellgliedes (Thermostellglied 72) sich normalerweise in einer Durchflußstellung befindet und den Wasserbehälter (40) mit der Ablaßleitung bis zu dem ersten Druckniveau *5 verbindet und bei einem höheren Druckniveau die Ablaßleitung zum zweiten Überdruckventil (76) absperrt.

6. Kühlsystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Überdruckventil (76) in einer an eine Druckkappe (140, 140') des Wasserbehälters (40) angeschlossenen Kühlmittelleitung (Rohrstück 92), die mit ihrem einen Ende an den Wasserbehälter (40) und mit ihrem anderen Ende an eine Ablaßleitung (136) angeschlossen ist, vorgesehen ist und mittels Federkraft gegen die Wirkung des Kühlmitteldrukkes im Wasserbehälter (40) verstellbar ist.

7. Kühlsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Niederdruckleitung (132) den so Wasserbehälter (40) mit der Ablaßleitung zwischen dem zweiten Überdruckventil (76) und dem Stellglied (Thermostellglied 72) verbindet.

8. Kühlsystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (Thermostellglied 72) aus einem in das Kühlmittel eintauchbaren Fühler (112) und einem sich anschließenden ausdehnbaren Balg (1!4) sowie einem Kolben (118) besteht, der mit dem Absperret ment (O-Ring 124) ausgeröstet ist, das bei Temperaturerhöhung gegen die Wirkung einer Feder (123) in eine Schließstellung bringbar ist und die NiedercfruckleHung (132) des Wasserbehälters (40) zur AblaQleitung absperrt

9. Kühlsystem nach einem ader mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahler (112) und der Balg (114) einteilig und zylinderförmig ausgebildet sind und der Fehler mit seiner Stirnfläche gegen die Innenseite einer Wand des Wasserbehälters (40) anliegt, während der Balg ('114) sich durch eine öffnung in der Wand des Wasserbehälters (40) erstreckt und den sich durch eine Feder (123) erstreckenden Kolben (118) aufnimmt

10. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (Fühler 224) aus dem an der Wand des Wasserbehälters (40') fest angeordneten Balg (230) gebildet ist, dessen freies Ende mit einem Meßkolben (228) verbunden ist der sich durch die in der Wand des Wasserbehälters (40') vorgesehenen öffnung erstreckt, wobei der Balg sich bei Temperaturanstieg ausdehnt und gegen ein die öffnung verschließendes Dichtelement (Dichtung 236) für ein geringes Druckniveau schließt während bei Erreichung eines zweiten Druckniveaus das im Balg enthaltene Medium den Schließdruck so erhöht, daß das erste Überdruckventil (144) für einen Diruckausgleich des Wasserbehälters (40) sorgt

11. Kühlsystem nach Anspruch 10. dadurch gekennzeichnet daß der Balg (230) in eine mit der Druckkappe (140') verbundene Ablaßleitung (240) ragt