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Überdruck-Kühlsystem für eine flüssigkeitsgekühlte Brenn-
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kraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug Die Erfindung betrifft
ein Uberdruck-Külllsystem für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine, insbesondere
in einem Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
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Derartige Uberdruck-Kühlsysteme, deren Kühlmittel an der oberen Grenze
der Betriebstemperatur der Brennkraftma schine Temperaturen aufweisen, die über
ihrem Siedepunkt bei Normaldruck liegen, müssen durch ein rneist im Verschlußdeckel
angeordnetes Uberdruekventil unter ständigem Uberdruck gehalten werden.
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Es versteht sich, daß bei diesem Zustand des Kühlmittels das Külllsystem
beispielsweise dadurch Abnehmen des Versclilußdeekels nicht geöffnet werden darf,
da dies zu einem abrupten Sieden und schwallartigen Austreten des Kühlmittels führen
würde. Nun
ist es insbesondere bei einer Neubefüllung des Kühlsystems
bei Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine oder nach Reparaturen üblich, nach dem
Auffüllen des Kühlmittels die Brennkraftmaschine bis zum Erreichen ihrer Betriebstemperatur
laufen zu lassen und danach den Füllstand des Kühlmittels nochmals zu kontrollieren
bzw. zu berichtigen. Auch nach längerer Betriebszeit der Brennkraftmaschine kann
eine Kontrolle des Füllstandes im Uberdruck-Kühlsystem hin und wieder angebracht
sein, wobei, wenn diese Kontrolle an einer Servicestelle, beispielsweise während
des Betankens des Kraftfahrzeuges vorgenommen werden soll, immer erst ein Absinken
der Temperaturen im Kühlsystem abgewartet werden muß.
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Obwohl thermisch bedingte Schwankungen des Füllstandes im Kühlsystem
durch einen drucklosen Ausgleichsbehälter ausgeglichen werden können - der Ausgleichsbehälter
korrespondiert mit einem im Verschlußdeckel oder an anderer Stelle im Kühlsystem
angeordneten Unterdruckventil - ist ohne Öffnen des Überdruck-Kühlsystems bzw. des
Verschlußdeckels keine Gewähr für einen ordnungsgemäßen Füllstand im Kühlsystem
gegeben, da uber das Unterdruckventil nur bei Vorliegen eines Unterdruckes Kühlmittel
aus dem Ausgleichsbehälter nachströmt.
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Es sind auch Überdruck-Kühl systeme üblich, bei denen der Ausgleichsbehälter
ebenfalls unter Druck steht, so daß eine Sichtkontrolle über den ordungsgemäßen
Füllstand des gesamten Kühlsystems möglich ist, vorausgesetzt, daß der Ausgleichsbehälter
transparent ist. Allerdings kann bei sehr hohen Kühlmitteltemperaturen, wenn der
Füllstand zu niedrig ist, nicht sofort Kühlmittel nachgefüllt werden; beim Öffnen
des Kuhlmittels würde wieder schwallartig siedendes Kühlmittel austreten.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäße Kühlsystem derart
auszubilden, daß sich eine Nachkontrolle des Füllstandes des Überdruck-Kühlsystems
erübrigt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein unbeabsichtigtes Öffnen
des Überdruck-Kühlsystems weitgehendst auszuschließen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Unterdruckventil
als ein Schwimmer-Entlüftungsventil ausgebildet ist, welches an einer höchsten Stelle
des Uberdruck-Kühlsystems angeordnet und mit dem Ausgleichsbehälter verbunden ist,
wobei es geodätisch tiefer als ein minimal zulässiges Kühlmittelniveau im Ausgleichsbehälter
liegt.
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Wird nun das Kühlsystem befüllt, so kann nach der Befüllung das Uberdruck-Kühlsystem
sofort verschlossen und gegen unbeabsichtigtes Öffnen gesichert werden. Beispielsweise
kann der Verschlußdeckel so ausgebildet sein, daß er nur mittels eines Spezialwerkzeuges
zu öffnen ist. Noc vorhandene Luft im Überdruck-Kühlsystem, die beispielsweise durch
den von einer Pumpe bewirkten Kühlmittelumlauf zum Schwimmer-Entlüftungsventil gefördert
wird, wird ständig über den Ausgleichsbehälter abgeführt bzw. Kühlmittel nachgeführt.
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Nac der vollständigen Entlüftung des Kühlsystems kann sich in diesem
ein Ueberdruck aufbauen,da nun das Schwimmer-Entlüftungsventil geschlossen ist.
Auch während des ständigen Betriebes der Brennkraftmaschine ist keine Kontrolle
des Füllstandes des Uberdruck-Kühlsystems erfordlich, da bei jedem Abkühlen des
Überdruck-Kühlsystems - falls in diesem Luft vorhanden ist - automatisch über das
Schwimmer-Entlüftungsventil ein Entlüften bzw. Nachströmen des Kühlmittels erfolgt.
Der drucklos bleibende Ausgleichsbehälter hingegen kann jederzeit auch durch nichtfachmällnisclle
Personen mit Kühlmittel befüllt werden
Weitere vorteilhafte Merkmale
der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Die Ansprüche 2 und 3 kennzeichnen
eine baulich besonders günstige Ausführung, in dem das Schwimmer-Entlüftungsventil
in den Ausgleichsbehälter integriert ist. Nach Anspruch 4 kann der Ausgleichsbehälter
zweckmäßigerweise zugleich als Verschlußdeckel für das Uberdruck-Kühlsystem ausgebildet
sein, wodurch ein separater Verschlußdekkel entfallen kann.
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Die Ansprüche 5 und 6 bringen bei einer Ausführung der Erfindung mit
einem Verschlußdeckel den Vorteil, daß der innerhalb des Ausgleichsbehälters liegende
Verschlußdeckel für das Uberdruck-Kühlsystem außerhalb dem Zugriff eines Nichtfachmannes
liegt und somit eine zusätzliche Sicherheit gegen ein unbeabsichtigtes Öffnen bildet.
Zudem wird eine günstige Fertigung erzielt, da der meist aus Kunststoff hergestellte
Ausgleichsbehälter relativ einfach herstellbar ist, während beispielsweise am Wärmetauscher
(Kühler) der Anschluß für einen Verschlußdeckel entfallen kann. Der Verschlußdeckel,
insbesondere wenn dieser durch den Ausgleichsbehälter gebildet ist, kann nach Anspruch
7 gegen ein unbeabsichtigtes Öffnen gesichert sein.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend näher beschrieben.
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Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 eine Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen
Uberdruck-Kühlsystem in schematischer Darstellung, Fig. 2 einen im Schnitt dargestellten,
erfindungsgemäßen Ausgleichsbehälter mit integriertem Verschlußdeckel und Fig. 3
einen zugleich als Verschlußdeckel ausgebildeten, erfindungsgemäßen Ausgleichsbehälter.
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Mit 1 ist eine Brennkraftmaschine bezeichnet, deren nicht näher dargestellte,
vom Kühlmittel durchströmte Klammern und Kanäle über eine Vorlaufleitung 3 und eine
Rücklaufleitung 2 mit einem Kühler 4 verbunden sind. Zwischen der Vorlaufleitung
3 und der Rücklaufleitung 2 ist eine Kurzschlußleitung 5
angeordnet,
die von einem Thermostat 6 gesteuert wird. In der Rücklaufleitung 2 ist eine Kühlmittelpumpe
7 vorgesehen, die von der Brennkraftmaschine angetrieben wird und das Kühlmittel
ständig umwälzt. An der höchsten Stelle des Kühlers 4 zweigt eine Entlüftungsleitung
8 ab, die zu einem Ausgleichsbehälter 9 führt. Mit 10 ist eine Fülleitung bezeichnet,
die den Ausgleichsbehälter 9 mit der Rücklaufleitung 2 verbindet.
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Der Ausgleichsbehälter 9 (siehe Fig. 2) weist an seiner Anschlußstelle
13 einen an seinem Boden 11 angeformten, sich nach innen erstreckenden Rohrstutzen
12 auf. Am freien Ende des Rohrstutzens 12 ist ein Außengewinde angeformt, auf das
ein mit einem Innengewinde versehener Verschlußdeckel 15 druckdicht aufschraubbar
ist. In einer zum Ausgleichsbehälter 9 offenen Wand 16 des Verschlußdeckels 15 ist
ein Schwimmer-Entlüftungsventil 17 und ein Überdruckventil 18 eingesetzt. Das Schwimmer-Entlüftungsventil
17 setzt sich aus einem Ventilkörper 19 und einem in das Uberdruck-Kühlsystem ragenden
Schwimmer 20 mit einem Dichtplättchen 21 zusammen. Der Ausgleichsbehälter 9 weist
eine Markierung 22 für den minimal zulässigen Kühlmittelstand und eine Markierung
23 für den maximal zulässigen Kühlmittelstand auf. Wie aus der Fig. 2 ersichtlich
ist,
ist der Verschlußdeckel 15 innerhalb des Ausgleichsbehälters 9 derart angeordnet,
daß er unterhalb des minimal zulässigen Flüssigkeitsnivaaus (Markierung 22) liegt.
Der Ausgleichsbehälter 9 ist durch einen Deckel 24 verschlossen, der ein ilerausschwappen
von Kühlmittel bei Beschleunigungen des Kraftfahrzeuges oder ein Eindringen von
Schmutz verhindern soll. Im Deckel 24 ist eine Öffnung 24a vorgesehen, die das lnnere
des Ausgleichsbehälters ständig mit der Atmosphäre verbindet. Da der Deckel 24 nicht
druckdicht sein muß, kann er beispielsweise durch eine Clipsverbindung gehalten
sein.
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Wird das beschriebene Uberdruck-Kühlsystem mit Sühlluittel gefüllt,
so sind zunächst der Deckel 24 und der Verschlußdeckel 15 abzunehmen. Das Kühlsystem
kann nunmehr über die Fülleitung 10 und die Entlüftungsleitung 8 bis zu einer Füllstandshöhe
von beispielsweise zwischen den beiden Markierungen 22 und 23 befüllt werden. Anschließend
wird der Verschlußdeckel 15 aufgeschraubt und die Brennkraftmaschine in Betrieb
gesetzt. Dadurch wird das Kühlmittel zunächst zwischen der Brennkraftmaschine 1
und der Kurzschlußleitung 5 von der Kühlmittelpumpe 7 umgewälzt, wobei die in den
Kammern und Kanälen der Brennkraftmaschine 1 noch vorhandene Luft über die Entlüftungsleitung
8 und durch das sich öffnende Schwimmer-Entlüftungsventil 17
aus
dem Übersdruck-Kühlsystem ausgeschieden wird. Wenn das Kühlsystem bis zur Wand 16
vollständig mit Kühlmittel gefüllt ist, schließt das Schwimmer-Entlüftungs ventil
17, so daß sich aufgrund der zunehmenden Temperatur des Kühlmittels ein Druck im
Kühlsystem aufbaut. Bei einer maximalen Betriebstemperatur des Kühlmittels von beispielsweise
1250C muß bei einer Mischung von Wasser-Glycol als Kühlmittel das Überdruckventil
18 etwa 1,2 Bar bberdruck im Kühlsystem aufrechterhalten, um ein Sieden des Kühlmittels
zu veriiinderen. Wird die Brennkraftmaschine außer Betrieb gesetzt und das Kühlmittel
erkaltet, so kann über das Schwimmer-Entlüftungsventil 17 aus dem Ausgleichsbehälter
9 Kühlmittel in das Überdruck-Kühlsystem nachströmen, wobei während ds betriebes
der Brennkraftmaschine eventuell angesammelte Luft automatische entweichen kann.
Eine Kontrolle des Füllstandes iniiei'Iialb des Überdruck-Kühlsystems kann über
die gesamte Betriebszeit der Brennkraftmaschine entfallen, lediglich der Füllstand
im Ausgleichsbehälter 9 ist entsprechend den Markierungen 22 bzw. 23 zu kontrollieren
oder zu berichtigen.
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Fig. 3 zeigt einen nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung
ausgeführten Ausgleichsbehälter 25, der an seiner
Anschlußstelle
27 an das Überdruck-Kühlsystem eine angeformte Wand 26 aufweist. In dieser das Überdruck-Kühlsystem
abschliessenden Wand 26 sind das Schwimmer-Entluftungsventil 17 und das Überdruckventil
18 eingesetzt. Der Ausgleichsbehälter 25 ist mit einem Rohrstutzen 29 auf einem
Anschlußstutzen 30 des Kühlers 4 mittels eines bei Kühler-Verschlußdeckeln üblichen
Bayonett-Verschlusses (nicht näher dargestellt) druckdicht aufgesetzt. Damit der
Ausgleichsbehälter 25 nicht versehentlich abgenommen wird, ist an seiner Umfangswand
31 eine Lasche 32 angeformt, die mittels einer Schraube 33 an einem am Kühler 4
befindlichen Gegenflansch 34 befestigt ist. Der Ausgleichsbehälter 25 ist ebenfalls
mit den minimalen und maximalen Füllstand anzeigenden Markierungen 22, 23 versehen.
Wie aus der lig. 3 ersichtlich ist, liegt dns Schwimmer-Entlüftungsventil 17, dessen
Schwimmer 20 in das Überdruck-Kühlsystem hineinragt, geodätisch tiefer als die den
minimal cii Fül isLand anzeigeride Markierung 22. Der Ausgleichbehälter 25 ist ebenfalls
mit einem Deckel 24 verschlossen, der wieder durch die Bohrung 24a einen atmosphärischen
Druckausgleich der Karnner 28 sichert.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Schwimmer-Entlüftungsventiles
17 wird sichergestellt, daß in dem Überdruck-Kühlsystem
stets
automatisch ein definierter Füllstand an Kiihlmittel vorliegt, so daß innerllalb
des Überdruck-Kühlsyytems eine Nachkontrolle entfallen kann. Ein Nachfüllen von
Kühlmittel irl dell Ausgleichsbehälter ist auch bei Betriebswarmer Brennkraftmaschine
gefahrlos möglich, wobei ein versehentliches, unbeabsichtliches Öffnen des Überdruck-Kühlsystems
nahezu mit Sicherheit ausgeschlossen ist. Die Erfindung läßt sich mit geringem Aufwand
in einfacher Weise verwirklichen.
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Der Füllstand des Ausgleichsbehälters könnte ggf. durch beispielweise
eine Schwimmer-gesteuerte elektrische Anzeige an ein Warnsystem im Kraftfahrzeug
angeschlossen sein.