DE2848846A1

DE2848846A1 - Kuehlkreis fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2848846A1
Application number: DE19782848846
Authority: DE
Inventors: Jean Fadda; Jean Paul Pernet
Original assignee: Automobiles M Berliet SA
Current assignee: Automobiles M Berliet SA
Priority date: 1977-11-10
Filing date: 1978-11-10
Publication date: 1979-05-23
Also published as: GB2007831A; GB2007831B; SE438350B; US4273563A; IT7829637A0; SE7811545L; FR2408722B1; FR2408722A1; IT1101045B

Description

Kühlkreis für eine Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft einen Kühlkreis für einen Verbrennungskraftmotor.

Die heute bei industriell verwendeten modernen Fahrzeugen anzutreffenden Kühlkreisläufe für Brennkraftmaschinen weisen fast sämtliche Systeme auf, die einerseits das Entgasen der Kühlflüssigkeit und andererseits die Wiedergewinnung dieser Flüssigkeit in einem Expansionsgefäß gewährleistet.

Derartige Kreisläufe sind allgemein bekannt, beispielsweise aus der französischen Patentanmeldung 75 16 888 vom 28.5.1975. Dort wird versucht, die Abmessungen des Expansionsgefäßes zu verringern, um den Einbau in das Fahrzeug zu erleichtern.

Es ist allgemein bekannt, daß es sich hierbei um eine größere Schwierigkeit handelt, insbesondere im Falle von Fahrzeugen mit vorgeschobenem Fahrerhaus: Es ist schwierig, die Entgasungsbehälter oberhalb des Niveaus des Heizkörpers unterzubringen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühlkreislauf zu gestalten, der mit einem neuen Entgasungsbehälter ausgestattet ist, welcher wirkungsvoller als die seither bekannten Behälter sind, und der nicht notwendigerweise oberhalb des Niveaus des Heizkörpers installiert werden muß.

Ein erfindungsgemäßer Kühlkreislauf weist einen Entgasungsbehälter auf, der mit Luft und/oder Gas beladene, aus dem oberen Teil des Motors und der Heizvorrichtung kommende Kühlflüssigkeit aufnimmt und dessen unterer Boden an die Ansaugöffnung der Wasserpumpe des Motors angeschlossen ist= Ein solcher Kühlkreislauf ist dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzöffnung der

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Kühlflüssigkeit tangential in den Expansionsbehälter eingeführt ist, daß der letztere von vertikaler Erstreckung und rotationssymmetrischer Gestalt ist, daß ferner im unteren Bereich des Entgasungsbehälters ein Deflector derart angeordnet ist, daß die Flüssigkeit nur zwischen der Wand des Behälters und dem kreisförmigen Rand dieses Deflectors hindurchtreten kann und daß der durch die Drehung der Flüssigkeit im Entgasungsbehälter erzeugte Wirbel im Bereich der Achse des genannten Behälters die Bildung von Blasen hervorruft, die nach oben in Richtung auf den Expansionsbehälter abgeführt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die Wand, die den Entgasungsbehälter nach oben begrenzt, kegelstumpfförmig ist und sich nach oben verjüngt, wie eine zentrale Öffnung für den Auslauf des Gases aufweist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Entgasungsbehälter mit einem direkt oberhalb angeordneten Expansionsbehälter einteilig; die beiden Behälter bilden also einen geschlossenen Block.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird vorgesehen, daß der Entgasungsbehälter in einem gewissen Abstand von dem Expansionsbehälter und oberhalb von diesem angeordnet ist und daß zur Verbindung dieser beiden Behälter eine Leitung vorgesehen ist.

Die Anordnung der beiden genannten Behälter in Bezug auf den Motor und auf die Heizvorrichtung ist beliebig.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es zweckmäßig, ein Rückschlagventil in jener Leitung vorzusehen, die den Boden des Entgasungsbehälters mit der Wasserpumpe verbindet, so daß die Flüssigkeit nur in Richtung aus dem Behälter zur Wasserpumpe hin strömen kann.

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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der im unteren Bereich des Entgasungsbehälters befindliche Deflector aus einer konischen Wand, die sich nach unten verjüngt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung sieht vor, den Deflector am Entgasungsbehälter mittels Laschen zu verbinden; dabei sind diese Laschen radial zur vertikalen Achse des Deflectors angeordnet undeinerseits einteilig bzw. fest verbunden mit der unteren Fläche des Deflectors, andererseits tauchen sie in das Innere der Auslaßöffnung des Entgasungsbehälters ein. Die Laschen dienen dazu, eine Wirbelbewegung der Flüssigkeit im Bereich des Auslasses des Entgasungsbehälters abzustoppen.

Gemäß der Erfindung wird ferner vorgesehen, den oberen Teil des Expansionsbehälters mit einer Auslaßvorrichtung fest zu verbinden. Diese Auslaßvorrichtung besteht einerseits aus einem Unterdruckventil, das den Durchtritt von Gas nach außen unterbindet, aber luftfrei nach innen einströmen läßt; andererseits ist ein Überdruckventil vorgesehen, das in bezug auf das andere Ventil parallel geschaltet ist und das derart dimensioniert ist, daß aus dem Expansionsbehälter lediglich Gas austreten kann, welches einen Druckwert oberhalb eines vorbestimmten Wertes im Behälter einnimmt.

Auch kann es zweckmäßig sein, die Auspuffleitung des Motors mit einer Umgehungsleitung zu versehen, um komprimierte Gase in den Expansionsbehälter einzuleiten und diesen Behälter somit unter Druck zu setzen.

Ferner kann in jenem Fall, in welchem das Fahrzeug mit einem überladenen Motor ausgestattet ist, vorgesehen werden, die Umgehungsleitung stromaufwärts des Laderturbokompressors einmünden zu lassen.

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Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal für jenen Fall/ in welchem das Fahrzeug mit einem überladenen Motor ausgestattet ist, besteht darin, daß die Einzelleitungen einer Leitung zum Einführen von komprimierter Luft in den Expansionsbehälter aufweist.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Kühlkreislauf.

Figur 2 stellt den Entgasungsbehälter und den Expansionsbehälter, jeweils in einem Axialschnitt dar.

Figur 3 ist eine Teilansicht der Darstellung von Figur 2 in vergrößertem Maßstab.

Figur 4 zeigt in perspektivischer Ansicht den inneren Deflector des Entgasungsbehälters.

Figur 5 ist eine Ansicht gemäß der Schnittlinie V-V von Figur

Der in Figur 1 dargestellte/ erfindungsgemäße Kühlkreislauf umfaßt im wesentlichen eine Heizvorrichtung 1, eine Pumpe 2, einen Expansionsbehälter 3 und einen Entgasungsbehälter 4.

Die Heizvorrichtung 1 ist an den Motor 5 des Fahrzeuges, mittels einer oberen Leitung 6 und einer unteren Leitung 7 angeschlossen. In die untere Leitung 7 ist eine Pumpe 2 eingeschaltet, die die Umwälzung der Kühlflüssigkeit sicherstellt. Ein Thermostat 8, der in die Leitung 6 eingebaut ist, vermag eine mehr oder minder erhebliche Menge der aus dem Motor austretenden Leitung in Leitung 9 umzuleiten, welche in Leitung 7 einmündet, und zwar ober-

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halb der Pumpe 2. Ein Teil der Flüssigkeit, die durch den Thermostat 8 hindurchströmt, fließt unter anderem in eine Leitung 10, die in den Entgasungsbehälter 4 einmündet. Leitung 10 verläuft durch ein venturiartig ausgebildetes T-Stück 11, das über eine Leitung 12 an den oberen Teil der Heizvorrichtung 1 angeschlossen ist. Eine Leitung erstreckt sich schließlich zwischen dem Boden des Entgasungsbehälters 4 und der Leitung 7, und zwar stromaufwärts von Pumpe 2.

Die Behälter 3 und 4 sind im Inneren durch einen gemeinsamen Block zusammengefaßt, der eine zylindrische Umwälzwand 14 von vertikaler Achse aufweist (siehe Figur 2). Eine im Inneren angeordnete, kegelstumpfförmige und nach oben sich verjüngende Wand 15 ist einteilig mit der Wand 14 und dient zum Abtrennen des Expansionsbehälters gegen den darunter befindlichen Entgasungsbehälter. Diese Wand 15 weist eine oder mehrere Bohrungen 16 in seinem Umfangsbereich auf, d.h. in seinem unteren Teil. Im oberen Teil des Expansionsbehälters 3 ist ein Absperrorgan 17 vorgesehen.

Wie sich aus der vergrößerten Darstellung von Figur 3 erkennen läßt, ist das Absperrorgan 17 mit einem Überdruckventil und einem Unterdruckventil ausgestattet. Das Überdruckventil weist eine Absperrscheibe 18 auf, die ständig gegen eine Öffnung 19 des Behälters 3 durch eine Schraubenfeder 20 angedrückt ist. Diese Feder ist derart dimensioniert, daß die Öffnung des Überdruckventils dann freigegeben wird, wenn der Innendruck im Expansionsbehälter 3 einen vorbestimmten Wert überschreitet. Das Unterdruckventil weist ein Abdichtorgan 21 auf, das in eine Zentralbohrung der Scheibe 18 zu gleiten vermag. Das Absperrorgan 21 hat einerseits ein unteres, erweitertes Ende, das an der Bohrung von Scheibe 18 anliegen kann und andererseits ein oberes, stiftförmiges Ende, um das eine Schraubenfeder 22 herumgelegt ist, die derart dimensioniert ist, daß sie das erweiterte Ende des Absperrorgans 21 gegen die Scheibe 18 andrückt. Das Gehäuse

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23 von Absperrorgan 17, gegen welches sich die Feder 20 abstützt, ist mit einer Öffnung 24 versehen.

Wie man aus dem in Figur 5 wiedergegebenen Schnitt erkennt, tritt die Leitung 10 tangential in den Entgasungsbehälter 4 ein. Behälter 4 umschließt ferner in seinem unteren Bereich einen Deflector 25, der aus einer chronischen, sich nach unten verjüngenden Wand besteht und der über Laschen 26 am Behälter befestigt ist. Wie man aus Figur 4 erkennen kann, sind die vier Laschen 26 radial und die Behälterachse verteilt angeordnet und bilden miteinander rechte Winkel nach Art eines Kreuzes. Das jeweils obere Ende der Laschen 26 ist fest mit der unteren Fläche des Deflectors 25 verbunden, während der untere Teil einer jeden Lasche in den Mündungsbereich von Leitung 13 eingreift. Man erkennt ferner einen Ringraum 27, der einerseits vom kreisförmigen Außenrand des Deflectors 25 und andererseits von der Innenfläche der Wand 14 begrenzt wird. Leitung 13 schließt ferner im Bereich des Behälters 4 ein Rückschlagventil 28 ein, welches dafür sorgt, daß die Kühlflüssigkeit nur aus dem Entgasungsbehälter 4 abströmen kann, nicht aber dorthin zurückströmen kann.

Die Arbeitsweise der Anlage ist wie folgt:

Der Entgasungsbehälter 4 nimmt die mit Luft und Gas beladene Kühlflüssigkeit auf, die aus dem oberen Teil des Motors 5 von der Heizvorrichtung 1 kommt. Diese Flüssigkeit wird durch die Leitung 10 herangeführt, die im wesentlichen in halber Höhe und tangential in der Seite von Behälter 4 einmündet. Dies hat einen Wirbel innerhalb der im Entgasungsbehälter 4 enthaltenen Flüssigkeit zufolge. Dieser Wirbel ruft eine wirksame Trennung von Flüssigkeit und Gas aufgrund der jeweiligen spezifischen Massenunterschiede hervor: Die Flüssigkeit neigt dazu, sich unter der Wirkung der Zentrifugalkräfte im Umfangsbereich anzusammeln, während sich das Gas im Bereich der Achse ansammelt.

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Es erfolgt eine Umwälzung im Inneren des Entgasungsbehälters 4, im wesentlichen von oben nach unten, wobei die entgaste Flüssigkeit in den unter dem Deflector 25 befindlichen Raum strömt und dabei den Ringraum 27 passiert.

Das im Bereich der Achse angesammelte Gas bildet sich in Gestalt eines zentralen Blasenwirbels 29 von konischer Form mit unten befindlicher Spitze (siehe Figur 2). Durch die Gestalt der Trennwand 15 wird dadurch dem Effekt des Wirbels Rechnung getragen, daß die Blasen zum Behälter 3 hinströmen: Die im Verlauf einer archimedischen Schraube beschreibenden Blasen gelangen von selbst nach oben. Das Gas sammelt sich im oberen Teil des Ausdehnungsbehälters 3. Sein Druck ist durch das Überdruckventil begrenzt, das in oben beschriebener Weise ausgelegt ist.

Die Laschen 26 im unteren Bereich des Behälters 4 dienen nicht nur dazu, den Deflector 25 an Ort und Stelle zu halten. Sie sorgen auch dafür, daß die kreiseiförmige Bewegung der Flüssigkeit aufhört, bevor diese in die Leitung 13 eintritt. Das Rückschlagventil 28 unterbindet ein versehentliches oder ungewolltes Zurückströmen von Flüssigkeit in den Entgasungsbehälter Ein solches Zurückströmen könnte dann stattfinden, wenn der Motor und damit die Umwälzung der Flüssigkeit zum Stillstand kommt: Ist die Motormasse sehr groß und sind die Zylinderköpfe aus Guß, so ist die Reservewärmemenge ebenfalls groß und die Kühlflüssigkeit beginnt einige Sekunden nach dem Stillsetzen des Motors in den Zylinderköpfen zu kochen, so daß der erzeugte Dampf die Flüssigkeit unter Druck setzt.

Die Bohrungen 16 von Wand 15 erlauben die völlige Entfernung der Flüssigkeit durch Schwerkraft, falls die gesamte Anlage entleert werden soll.

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Der Wirkungsgrad des Entgasungsbehälters 4 ist derart, daß dieser in eine in bezug auf den Motor 5 und die Heizvorrichtung 1 unabhängige Höhe angeordnet werden kann. Die einzige Vorbedingung ist die Lage der Behälter 3 und 4 relativ zueinander: Behälter 3 muß oberhalb von Behälter 4 angeordnet sein. Hingegen können die beiden Behälter auch durch eine Leitung miteinander verbunden und in einem Abstand voneinander angeordnet werden.

Gemäß einer Abwandlung der Erfindung kann Druckluft oder ganz allgemein ein komprimiertes Gas im Bereich des Absperrorganes 17 des Behälters 3 eingeführt werden, um die Temperatur der Kühlflüssigkeit des Kreislaufes anzuheben.

Zu diesem Zweck kann man eine Umgehungsleitung verwenden, die den Behälter 3 an den Motorauspuff anschließt. Falls es sich um einen überladenen Motor handelt, kann die Umgehungsleitung stromaufwärts des Lade-Turbokompressors verzweigt werden. Im letzteren Falle kann ein Einstechen in die Zuführleitung des Motors auch eine andere Art der Druckbeaufschlagung des Ölkreislaufes darstellen.

Je nach dem Ausdehnungskoeffizienten der Kühlflüssigkeit und je nach den einzelnen Eigenschaften des Kreises kann die Höhe des Entgasungsbehälters 4 im wesentlichen gleich einem Viertel oder einem Drittel der Höhe des Expansionsbehälters 3 gewählt werden.

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Claims

Patentansprüche

Iy Kühlkreislauf mit einem Entgasungsbehälter, der von dem oberen Teil des Motors und der Heizvorrichtung mit Gas beladene Kühlflüssigkeit erhält und dessen innerer Boden an die Saugleitung der Motor-Wasserpumpe angeschbssen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung für die Kühlflüssigkeit in den Expansionsbehälter (3) tangential angeordnet ist, daß sich der Expansionsbehälter (3) in vertikaler Richtung erstreckt, um eine geometrisch vertikale Achse gebildete rotationssymmetrische Gestalt hat, daß im unteren Bereich des Entgasungsbehälters (4) ein Deflector (25) derart gestaltet und angeordnet ist, daß die Flüssigkeit, in der sich ein Kreisel oder Wirbel bildet, nur zwischen dem kreisförmigen Außenrand (27) des Deflectors (25) und der Wand (14) des Entgasungsbehälters (4) abströmen und aus dem letzteren austreten kann, wobei sich die Gasblasen im Bereich der Achse des Behälters (4) ansammeln und nach oben in Richtung auf den Expansionsbehälter (3) abströmen.
2. Kühlkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (15), die den Entgasungsbehälter (4) nach oben begrenzt, von kegelstumpfförmiger Gestalt ist, sich nach oben verjüngt und eine zentrale Öffnung als Gasauslaß bildet.
3. Kühlkreislauf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entgasungsbehälter (4) und der Expansionsbehälter (3) direkt übereinander angeordnet sind, so daß die beiden einen einzigen Block mit einer rotationszylindrischen Seitenwand bilden.
4. Kühlkreislauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entgasungsbehälter (4) in einem Abstand von Expansionsbehälter (3) unterhalb von diesem angeordnet und durch eine Leitung mit diesem verbunden ist.

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5. Kühlkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Entgasungsbehälter (4) auf einer in bezug auf den Motor und auf die Heizvorrichtung unabhängigen Höhe angeordnet ist.
6. Kühlkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückschlagventil (28) in derjenigen Leitung angeordnet ist, die den Boden des Entgasungsbehälters (4) mit der Wasserpumpe verbindet, und daß dieses Rückschlagventil

(28) lediglich den Durchtritt von Flüssigkeit aus dem Entgasungs·- behälter (4) in Richtung auf die Pumpe erlaubt.
7. Kühlkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der im unteren Bereich des Entgasungsbehälters (4) angeordnete Deflector (25) aus einer konischen Wand besteht, die sich nach unten verjüngt und die mit dem Entgasungsbehälter (4) über Laschen (26) verbunden ist, die ihrerseits radial zur Vertikalachse des Deflectors (25) angeornet sind und einerseits fest mit der unteren Fläche des Deflectors (25) verbunden sind und andererseits mit ihren vertikalen Rändern in das Innere der Öffnung des Entgasungsbehälters (3) eingreifen und derart gestaltet und angeordnet sind, daß sie die Kreiselbewegung der Flüssigkeit beim Austritt aus dem Entgasungsbehälter (4) abbremsen.
8. Kühlkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Bereich des Expansionsbehälters (3) einteilig mit einer Absperrvorrichtung (17) ist, die einerseits mit einem Unterdruckventil (21) ausgestattet ist, das den Eintritt von Gas in das Innere verhindert, aber Luft in das Innere frei eintreten läßt, und die andererseits ein Überdruckventil hat, das in bezug auf das andere Ventil parallel angeordnet ist und das derart dimensioniert ist, daß nur das aus dem Inneren des Expansionsbehälters (3) austreten kann, das einen oberhalb des Innendrucks des Behälters liegenden Druckwert hat.

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9. Kühlkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Auspuffkanal des Motors eine Umgehungsleitung aufweist, um komprimiertes Gas in den Expansionsbehälter (3) einzuleiten und diesen Behälter unter Druck zu setzen, und daß die genannte Umgehungsleitung stromaufwärts des Überlade-Turbokompressors in jenem Fall verzweigt ist, in welchem das Fahrzeug mit einem überladenen Motor ausgestattet ist.
10. Kühlkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle eines aufgeladenen oder überladenen Motors die Eintrittsleitungen des Motors eine Leitung zum Einführen von komprimierter Luft in den Expansionsbehälter (3) aufweisen.

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