DE3143749A1

DE3143749A1 - Vorrichtung zur absicherung des wasserdruckes im kuehlwasserkreislauf einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3143749A1
Application number: DE19813143749
Authority: DE
Inventors: Erhard 7911 Nersingen Bartsch
Original assignee: Magirus Deutz AG
Current assignee: Iveco Magirus AG
Priority date: 1981-11-04
Filing date: 1981-11-04
Publication date: 1983-05-11
Also published as: ZA824819B

Description

Vorrichtung zur Absicherung des Wasserdruckes
im Kühlwasserkreislauf einer Brennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Absicherung des Wasserdruckes im Kühlwasserkreislauf einer wassergekühlten Brennkraftmaschine, deren Kühlwasserräume mit einem Wasserkühler und einem Ausgleichsbehälter verbunden sind, mittels zweier Überdruckventiles von denen eines zur Begrenzung eines vorgegebenen Wasserdruckes während des Motorbetriebes und das andere zur Begrenzung eines vorgegebenen maximalen Wasserdruckes bei abgestellter Brennkraftmaschine dient Im Kühlsystem einer wasserkgekühlten Brennkraftmaschine stellt der Wasserkühler ein kritisches Bauteil dar Besonders empfindlich reagiert der Wasserkühler bei unzulässig hohen Wasserdrücken aus dem Kühlkreislauf, z.B. durch Risse in den Kühlrippen oder Aufplatzen von Lötstellen Die Höhe der zulässigen Druckbeansprua chungen hängt dabei vom jeweiligen Belastungszustand ab Im statischen Zustands dohog bei abgestellter Brennkraftmaschine kann der Wasserkühler wesentlich höhere Drücke auf nehmen, als im dynamischen Zustands daher s bei laufender Brennkraftmaschine, da hier zusätzlich zu den Druckbeanspruchungen aus dem Kühlkreislauf äußere Kräfte, z.B. Schwingungen der Brennkraftmaschine oder wenn der Kühler in einem Nutzfahrzeug eingebaut ist, Kräfte aus Rahmenverwindungen in den Kühler eingeleitet werden Deshalb ist es üblich den Kühlkreislauf so abzusichern, daß während des Betriebes der Brennkraftmaschine der Druck im Kühler auf einen niedrigeren Wert begrenzt ist als bei stillstehender Brennkraftmaschine Dies geschieht meist mittels einem den Betriebsdruck absichernden Überdruckventil und einem weiteren, den Höchstdruck absichernden ueber druckventil Bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung der vorstehend genannten Art ist es nun bekannt, die beiden Überdruckventile getrennt an zwei Kühlwasserausgleichsbehältern anzubringen. Einer dieser Ausgleichsbehälter ist direkt über eine Ausgleichsleitung an den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine angeschlossen. Das an diesem Behälter vorgesehene Uberdruckventil.ist auf einen Steuerdruck eingestellt, der dem vorgewählten Betriebsdruck des Kühlsystems entspricht. Der zweite Ausgleichsbehälter ist über eine Leitung mit dem ersten Ausgleichsbehälter verbunden. Die Verbindung der beiden Behälter ist so gestaltet, daß beide Überdruckventile in Reihe geschaltet sind. Der Höchstdruck des Kühlwasserkreislaufes ergibt sich dann durch die Summe der Steuerdrücke an beiden Uberdruckventilen.
Die bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß zur Absicherung des Kühlwasserkreislaufes zwei Ausgleichsbehälter erforderlich sind. Für den zweiten Ausgleichsbehälter muß zusätzlicher Bauraum zur Verfügung gestellt werden, der somit für die Unterbringung anderer wichtiger Aggregate des Fahrzeuges verlorengeht. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß das den Betriebsdruck begrenzende überdruckventil in Reihe mit dem zweiten Überdruckventil am zusätzlichen Ausgleichsbehälter geschaltet ist. Da sich bei dieser Anordnung die Drücke an beiden Ventilen addieren, ist eine exakte Einhaltung des vorgegebenen zulässigen Betriebsdruckes nicht möglich. Im Kühlwasserkreislauf können daher Wasserdrücke entstehen, die über dem vorgewählten Betriebsdruck liegen und die bis zum vorgegebenen Höchstdruck ansteigen. Infolge der überhöhten Betriebsdrücke ist das Kühlsystem überbeansprucht, wodurch es vorzeitig zu Spannungsrissen im Wasserkühler oder anderen Bauteilen kommen kann, die letzten Endes zum völligen Ausfall des Kühlsystems führen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtung so zu verbessern, daß deren Nachteile beseitigt werden.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 enthaltenen Merkmale gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß zur Begrenzung der im Kühlwasserkreislauf vorgegebenen Wasserdrücke zunächst nur ein Ausgleichsbehälter erforderlich ist, so daß durch den Wegfall des zweiten Ausgleichsbehäters zusätzlicher Bauraum für die Unterbringung anderer Fahrzeugaggregate gewonnen wird. Da bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung das den Betriebsdruck begrenzende Überdruckventil mit der Atmosphäre verbunden ist ergibt sich der Vorteil, daß bei Erreichen des vorgewählten Betriebsdruckes das Überdruckventil zur Atmosphäre hin öffnet, so daß während des Betriebes der Brennkraftmaschine innerhalb des Kühlkreislaufes der Wasserdruck immer auf den trgegebenen Betriebsdruck begrenzt wird dagegen bei abgestellter Brennkraftmaschine dieses tYberdruckventil außer Wirkung gebracht wird und somit der Druck im Kühlkreislauf bis zum Höchstdruck ansteigen kann. Damit wird erreicht, daß bei abgestellter Brennkraftmaschine Kühlwasser erst dann aus dem Kühlwasserkreislauf abfließen wird, wenn der Höchstdruck überschritten wird.
Gemäß den Merkmalen nach Anspruch 2 wird das Abschalten des den Betriebsdruck begrenzenden überdruckventiles in vorteilhafter Weise durch ein dem Überdruckventil auf dessen Steuerseite vorgelagertes Magnetventil erreicht, dessen Steuerkolben von einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen Stromquelle aus bei Motorbetrieb in eine Offnungsstellung und bei stillstehender Brennkraftmaschine in eine Schließstellung verschiebbar ist. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine einfache Steuerung des Magnetventiles durch die Merkmale des Anspruches 3 erzielt.
Eine andere zweckmäßige Steuerung des Magnetventiles bzw. des Relaisschalters wird durch die Merkmale des Anspruches 4 erreicht.
Aus Gründen einer einfachen Montage und Wartung ist es zweckmäßig, wenn die Überdruckventile in an sich bekannter Weise mit dem Ausgleichsbehälter vereinigt sind und im Bereich des Luftraumes angeordnet sind.
Aus Kosten- und Platzgründen ist es zweckmäßig, wenn das Magnetventil und das Überdruckventil eine Baueinheit bilden.
Schließlich wird eine weitere Vereinfachung der gesamten Vorrichtung dadurch erzielt, wenn beide Überdruckventile und das Magnetventil zu einer Ventilgruppe zusammengefaßt sind, die über eine gemeinsame Leitung (Rohrstutzen) mit dem Luftraum des Ausgleichsbehälters verbunden sind.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung eine' Kühlanlage für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Überdruckventile am Ausgleichsbehälter.
Fig. 2 die Kühlanlage aus Fig. 1, bei der die Oberdruckventile zu einer Ventilgruppe zusammengefaßt sind.
In Fig. 1 ist mit 1 eine wassergekühlte Brennkraftmaschine bezeichnet, deren Kühlwasserräume über eine Vorlaufleitung 2 und einer Rücklaufleitung 3 an einem Wasserkühler 4 angeschlossen sind. Von der Vorlauf leitung 2 zweigt eine Kurzschlußleitung 5 direkt zur Rücklauf leitung 3 ab, wobei die Verbindung zwischen der Leitung 2 und der Kurzschlußleitung 5 durch ein Thermostat 6 gesteuert wird.
In der Rücklaufleitung 3 ist die Kühlwasserpumpe 7 angeordnet. Der Wasserkühler 4 ist über eine Ausdehnun.sleitung 8 und der Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine 1 über eine Ausdehnungsleitung 9 bzw. 10 an einen Kühlwasserausgleichsbehälter 11 angeschlossen.
Der Kühlwasserausgleichsbehälter 11 dient zum Ausgleich des K5hlwasservolumens bei kalter und warmer Brennkraftmaschine 1. Über einen Einfüllstutzen 12 kann Kühlwasser in den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine 1 eingefüllt werden. Der Ausgleichsbehälter 11 ist nur zum Teil mit Kühlwasser gefüllt, so daß der verbleibende restliche Luftraum 13 als Ausdehungsvolumen dient.
Zur Absicherung des Wasserdruckes im Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine 1 sind im Luftraum des Ausgleichsbehälters 11 zwei berdruckventile 14 und 15 vorgesehen. Das Überdruckventil 14 ist dabei auf den vorgegebenen möglichen statischen Höchstdruck im Kühlkreislauf eingestellt. In der Praxis liegt der Höchstdruck bei nor malen Kühlanlagen bei etwa 1,5 bar. Wird dieser oder ein anderer vorgegebener Höchstdruck erreicht, öffnet das Ventil 14, wodurch eine Druckbegrenzung erfolgt. Bei dem Überdruckventil 15 handelt es sich um das sogenannte Betriebsdruckventil. Das Betriebsdruckventil ist auf einen niedrigeren WertS z.B. 0,7 bar eingestellt.
Die Kühlanlage der Brennkraftmaschine 1 ist so dimensioniert, daß selbst unter extremen Bedingungen während des Betriebes in der Regel keine höheren Wasserdrücke als z.B. 0,7 bar auftreten können.
Eine Überschreitung des Betriebsdruckes kann sich jedoch dann einstellen, wenn die Brennkraftmaschine nach einer Phase extrem hoher thermischer Belastung abgestellt wird. Infolge der sehr heißen Bau teile der Brennkraftmaschine kommt es zur Dampf- und Blasenbildung im Kühlwasser, wodurch der Wasserdruck im Kühikreislauf sehr schnell über den Betriebsdruck ansteigt. Die Folge davon ist, daß das Betriebsdruckventil und bei noch höheren Drücken das Höchstdruckventil öffnet. Dabei wird dann Kühlwasser aus dem Kühlsystem nach aussen so lange abfließen, bis der Überdruck im Kühlsystem unter den Betriebsdruck abgefallen ist.
Selbst wenn die Brennkraftmaschine nach einer Phase normaler Beanspruchung abgestellt wird, kann es vorkommen, daß der Wasserdruck im Kühlsystem über den Betriebsdruck ansteigt, so daß auch in diesem Falle das Betriebsdruckventil 15 öffnet und Kühlwasser aus dem Kühlkreislauf nach außen abfließen kann.
Um zu verhindern, daß bei abgestellter Brennkraftmaschine und einem sich über dem Betriebs druck einstellenden Wasserdruck Kühlwasser über das überdruckventil 15 aus dem Kühlsystem abfließen kann, ist in dessen Zuleitung 16 ein Magnetventil 17 vorgeschaltet. Das Magnetventil 17 ist über eine Stromleitung 18 mit einer Batterie 19 als Stromquelle verbunden. In der Stromleitung 18 ist ein Unterbrecherschalter 20 angeordnet, der über einen Relaisschalter 21 betätigt wird und der seinerseits über eine Steuerleitung 22 mit dem Generator 23 (Lichtmaschine) des Fahrzeuges bzw. der Brennkraftmaschine 1 verbunden ist. Während des Betriebes der Brennkraftmaschine 1 befindet sich der Unterbrecherschalter 20 in der aus der Fig. 1 ersichtlichen geöffneten Stellung. Ebenfalls befindet sich dann das Magnetventil 17 in Offenstellung, so daß dann ein Druckausgleich über das überdruckventil 15 im Kühlsystem erfolgt. Wird die Brennkraftmaschine abgestellt, so wird über die Versorgungsleitung 22 der Magnet 21 stromlos und der Unterbrecherschalter 20 geht in Schließstellung. Es fließt ein Strom von der Batterie 19 zum Magnetventil 17, das hierdurch angeregt wird und die Verbindung zwischen Ausgleichsbehälter 11 und Überdruckventil 15 absperrt. Bei abgestellter Brennkraftmaschine 1 wird dann der Druckausgleich im Kühlsystem über das auf einen höheren Steuerdruck eingestellte Überdruckventil 14 gesteuert.
Gemäß Fig. 2 sind die beiden Oberdruckventile 14 und 15 zu einer gemeinsamen Ventilgruppe 24 zusammengefaßt, die über einen Rohrstutzen 25 an den Luftraum 13 des Ausgleichsbehälters 11 angeschlossen sind. Innerhalb der Ventilgruppe 23 ist das Magnet'ventil 17 in der zum Überdruckventil 15 fahrenden Rohrabzweigung 26 angeordnet. Die Wirkungsweise des Magnetventiles 17 ist die gleiche, wie bereits in Fig. 1 beschrieben.
Die Erfindung soll nicht auf die Verwendung des Magnetventiles 17 sowie dessen Steuerung beschränkt sein, sondern es fallen auch solche Ventile und Steuerungen anderer Art unter den Gegenstand der Erfindung mit denen der gleiche Zweck erreicht wird.

Claims

Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Absicherung des Wasserdruckes im Kühlwasserreislauf einer wassergekühlten Brennkraftmaschine, deren Kklwasserräume mit einem Wasserkühler und einem Ausgleichsbehälter verbunden sind, mittels einem ersten Überdruckventil zur Begrenzung eines vorgegebenen Wasserdruckes während des Motorbetriebes und einem zweiten Überdruckventil zur Begrenzung eines vorgegebenen maximalen Wasserdruckes bei abgestellter BrennkrafemasclzineD dadurch gekennzelchnets daß das den Betriebsdruck des Kühlwassers begrenzende Überdruckventil (15) bei abgestellter Brennkraftmaschine (1) vom Ausgleichsbehälter (11) bzw dem KUhlwasserkreislauf abgetrennt ist 2. Vorrichtung nach Anspruch 19 gekennzeichnet durch ein dem Überdruckventil (15) auf dessen Steuerseite vorgelagertes Magnetventil (17)s das von einer von der Brennkraftmaschine (1) angetriebenen Stromquelle (Generator 23) aus bei Motorbetrieb in eine Offnungsstellung und bei stillstehender Brennkraftmaschine (1) in eine Schließstellung verschiebbar ist 3 Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2s dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (17) über eine Stromleitung (18) an die Batterie (19) des Fahrzeuges angeschlossen istg wobei in der Stromleitung (18) ein Unterbrecherschalter (20) angeordnet istg der über eine Steuerleitung (22) mit der Lichtmaschine (23) des Motors (1) gekoppelt ist und über den während des Motorbetriebes die Verbindung des Magnetventils (17) zur Batterie (19) abschaltbar und bei Stillstand der Brennkraftmaschine zuschaltbar ist 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Relaisschalter (21) an den bldruckschalter der Brennkraftmaschine (1) angeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Anspruche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die überdruckventile (14, 15) in an sich bekannter Weise am Kühlwasserausgleichsbehälter (11) im Bereich des Luftraumes (13) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (17) und das überdruckventil (15) eine Baueinheit bilden.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beide überdruckventile (14 und 15) und das Magnetventil (17) zu einer Ventilgruppe zusammengefaßt sind, die über einen gemeinsamen Rohrstutzen (25) mit dem Luftraum des Behälters (11) verbunden sind.