DE4228185A1 - Vorrichtung zur Steuerung des Druckes der Kühlflüssigkeit einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung des Druckes der Kühlflüssigkeit einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der DE-OS 31 43 749 ist bereits ein gattungsgemäße Vorrich­ tung bekannt, die über ein erstes abschaltbares Überdruckventil den Kühlmitteldruck bei laufender Brennkraftmaschine auf einen relativ niedrigeren Betriebsdruck und bei abgestellter Brenn­ kraftmaschine über ein zweites Überdruckventil auf einen maxi­ malen Druck begrenzt, wobei dieser Druckanstieg über den norma­ len Betriebsdruck infolge örtlicher Überhitzungen, insbesondere durch Stauwärme im Zylinderkopfbereich nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine auftreten kann.

Diese Sperrung des Überdruckventiles für den geringeren Be­ triebsdruck erfolgt über die gesamte Abschaltdauer der Brenn­ kraftmaschine, wodurch sich ein nach Abschalten der Brennkraft­ maschine einstellender erhöhter Druck in nachteiliger Weise über eine relativ lange Zeitdauer in Kühlsystem hält und dieses belastet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung derart auszubilden, daß im Kühlsystem ein Druckan­ stieg über den Betriebsdruck auf die Zeitdauer eingegrenzt wird, in der die Gefahr des Auswerfens von Kühlflüssigkeit aus dem Ausgleichsbehälter besteht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Patentanspruches 1 gelöst, wobei die Merkmale der Unteransprüche vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen kenn­ zeichnen.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im Kühlsystem unter bestimmten Bedingungen ein Druckanstieg auf einen maximalen, den relativ niedrigeren Betriebsdruck übersteigenden Wert er­ möglicht, wobei diese Bedingungen eine entsprechend hohe Kühl­ mitteltemperatur im Zylinderkopf sowie ein Ansteigen des Kühl­ mittelstandes im Ausgleichsbehälter über einen vorgegebenen Wert umfassen. Mit dieser Vorrichtung wird einerseits der Ver­ lust von Kühlflüssigkeit weitestgehend vermieden und anderer­ seits die Einwirkungsdauer des erhöhten Kühlmitteldruckes auf das Kühlsystem auf eine minimale Zeit begrenzt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung eines mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneten Kühlsystems für eine Brenn­ kraftmaschine 2 mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung des Druckes der Kühlflüssigkeit, wobei auf die Dar­ stellung der für die Erfindung nicht relevanten Teile des Kühl­ systems, z. B. der Fahrzeugheizung verzichtet wurde.

An einem Austrittsstutzen 3 der Kühlflüssigkeit aus der Brenn­ kraftmaschine 2 schließt sich ein Thermostatventil 4 an, welches den aus der Brennkraftmaschine 2 austretenden Kühlmit­ telstrom in Abhängigkeit der Temperatur - mit entsprechenden Zwischenstufen - entweder über eine Vorlaufleitung 5 in einem Wärmetauscher 6 oder über eine Kurzschlußleitung 7 in eine an die Brennkraftmaschine 2 angeflanschte Kühlmittelpumpe 8 lei­ tet. Nach den Durchströmen des Wärmetauschers 6 wird das Kühl­ mittel über eine Rücklaufleitung 9 zur Kühlmittelpumpe 8 zu­ rückgeführt. Die Kühlmittelpumpe 8 wird von der Brennkraftma­ schine 2 direkt angetrieben und fördert das Kühlmittel durch die Kühlräume der Brennkraftmaschine 2 wieder zum Austritts­ stutzen 3.

Der erforderliche Ausgleich von Volumenänderungen des Kühlmit­ tels bei wechselnden Temperaturen sowie die Entlüftung des Kühlsystems 1 erfolgt durch einen Ausgleichsbehälter 10, wobei die jeweils höchsten Punkte der Baugruppen des Kühlsystems 1 über Entlüftungsleitungen 11a, 11b an den Ausgleichsbehälter 10 angeschlossen sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die in den unteren Teil des Ausgleichsbehälters 10 mündenden Ausgleichsleitungen 11a, 11b an den Zylinderkopf 12 der Brenn­ kraftmaschine 2 und an einen Wasserkasten des Wärmetauschers 6 angeschlossen. An den oberen Teil des Ausgleichsbehälter 10 schließt sich eine Überdruckleitung 13 an, die über ein erstes Überdruckventil 14 und ein elektromagnetisch schaltbares Sperrventil 15 mit einem Überlaufbehälter 16 verbunden ist. Im weiteren ist der Ausgleichsbehälter 10 mit einem Einfüllstutzen 17 versehen, wobei dieser Einfüllstutzen 17 ein zweites Über­ druckventil 18 aufnimmt, dessen Abströmleitung 19 ebenfalls in den Überlaufbehälter 16 bzw. in die Überdruckleitung 13 stromab des Sperrventiles 15 mündet. Im Inneren des Ausgleichsbehälters 10 ist ein Füllstandsgeber 20 angeordnet, der in einer vorteil­ haften Ausgestaltung gemäß des Ausführungsbeispieles einen Mag­ netschwimmer umfaßt, der im Zusammenwirken mit einem Reed-Kon­ takt bei einer bestimmten Füllstandshöhe im Ausgleichsbehälter 10 ein elektrisches Signal zur Ansteuerung des Sperrventiles 15 auslöst.

Dieser Füllstandsgeber 20 kann weiterhin für die Überwachung eines Mindestfüllstandes verwendet werden.

Ein weiterer Schaltimpuls zum Schalten des Sperrventiles 15 wird von einem im Zylinderkopf 12 installierten Thermoschalter 21 ausgelöst.

Die maximale Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine liegt über der Siedetemperatur des Kühlmittels unter atmosphärischen Druck und ist durch das erste Überdruckventil begrenzt, d. h. bei Überschreitung dieser Motor- und in der Folge der Kühlmit­ teltemperatur führt der entsprechend anwachsende Druck zum Öffnen des Überdruckventiles, wodurch ein weiteres Anwachsen des Kühlmitteldruckes und damit der -temperatur verhindert wird. Dieser Druck ist auf einen Wert begrenzt, der von dem Kühlsystem unter Betriebsbedingungen dauerhaft ertragen werden kann ohne Schaden zu nehmen.

Beim Abstellen der Brennkraftmaschine 2 kann es durch die plötzlich zum Stillstand kommende Kühlmittelförderung und dem dadurch ausbleibenden Wärmetransport insbesondere im Bereich des Zylinderkopfes 12 zu einem Wärmestau kommen, der zur Druck­ erhöhung im Kühlsystem 1 und damit zum Ansprechen des ersten Überdruckventiles 14 führt. Unter ungünstigen Bedingungen, z. B. wenn die Brennkraftmaschine 2 aus Vollastbetrieb und bei maxi­ maler Betriebstemperatur übergangslos abgeschaltet wird, kann es darüber hinaus im Bereich des Zylinderkopfes 12 infolge ört­ licher Überhitzungen zur Bildung von Gasblasen kommen, wodurch Kühlflüssigkeit aus dem Zylinderkopf 12 in den Ausgleichsbehäl­ ter 10 verdrängt wird und sich der Flüssigkeitsstand im Aus­ gleichsbehälter 10 erhöht. Beim Erreichen eines bestimmten Flüssigkeitsstandes schaltet der Füllstandsgeber 20 das Sperr­ ventil 15 in die gesperrte Stellung, so daß damit die Über­ druckleitung 13 mit dem ersten Überdruckventil 14 geschlossen und ein Austritt von Kühlflüssigkeit über diese Überdrucklei­ tung 13 verhindert ist.

Der nun mögliche weitere Druckanstieg wird durch das zweite Überdruckventil 18 begrenzt. Da der zum Sperren des ersten Überdruckventiles 14 erforderliche Anstieg des Flüssigkeits­ standes nur bei extremer Volumenvergrößerung infolge Gasbla­ senbildung nach Abstellen der Brennkraftmaschine 2 eintritt, ist es gesichert, daß dieser nun mögliche, erhöhte Druck im Kühlsystem 1, welcher unter dynamischen Bedingungen, d. h. bei laufender Brennkraftmaschine 2 zu Schäden führen könnte, nur bei abgeschalteter Brennkraftmaschine 2 eintreten kann. Infolge der Rückkondensation der Gasblasen baut sich die einge­ tretene Volumenvergrößerung sehr schnell wieder ab, so daß bei absinkenden Flüssigkeitsstand sofort wieder auf den geringeren Betriebsdruck umgeschaltet wird.

Dadurch bleibt der erhöhte Druck, der bei stillstehender Brenn­ kraftmaschine 2 vom Kühlsystem 1 ohne Schaden zu nehmen, über kurze Zeiträume ausgehalten wird, auf eine minimale Zeitdauer unmittelbar nach Abstellen der Brennkraftmaschine 2 beschränkt. Im weiteren ist das Sperrventil 15 an den im Zylinderkopf 12 installierten Thermoschalter 21 in der Art gekoppelt, daß das Sperren der Überdruckleitung 13 nur oberhalb einer vorgegebenen Temperatur möglich ist. Mit dieser Schaltung ist der Austritt von Kühlmittel aus den Ausgleichsbehälter 10 unterhalb der Schalttemperatur des Thermoschalters 21 ermöglicht, ohne daß es zu einem bei laufender Brennkraftmaschine 2 unzulässigen Druck­ anstieg im Kühlsystem 1 kommt.

Diese Schaltung ist erforderlich damit eine überschüssige Menge von Kühlflüssigkeit unter normalen Betriebsdruck abgeführt werden kann, wobei dieser Zustand z. B. dann eintritt, wenn bei Wartungsarbeiten zuviel Kühlflüssigkeit auf- bzw. nachgefüllt wird und infolgedessen bei Erwärmung und Ausdehnung der Kühl­ flüssigkeit der Schaltpunkt des Füllstandsgebers 20 über­ schritten wird.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Steuerung des Druckes der Kühlflüssigkeit einer Brennkraftmaschine mit einem Kühlkreislauf und einem an den Kühlkreislauf angeschlossenen Ausgleichsbehälter, mit einem ersten, an ein schaltbares Sperrventil gekoppeltes Überdruck­ ventil mit relativ geringem Öffnungsdruck und einem zweiten Überdruckventil mit relativ hohem Öffnungsdruck, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ausgleichsbehälter (10) ein Füllstandsgeber (20) an­ geordnet ist, welcher das Sperrventil (15) bei Überschreiten eines vorgegebenen Füllstandes in eine gesperrte Schaltstellung steuert, die unterhalb einer vorgegebenen Temperatur des Kühl­ mittels nicht einschaltbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrventil (15) als elektromagnetisch schaltbares und in der Überdruckleitung (13) zwischen Ausgleichsbehälter (10) und Überdruckventil (14) angeordnetes Ventil ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstandsgeber (20) einen Magnetschwimmer umfaßt, der im Zusammenwirken mit einem Reed-Kontakt bei einer bestimmten Füllstandshöhe im Ausgleichsbehälter (10) ein elektrisches Signal zur Ansteuerung des Sperrventiles (15) auslöst.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Zylinderkopfes (12) der Brennkraftmaschine (2) ein Thermoschalter (21) angeordnet ist, der bei einer vor­ gegebenen Temperatur ein Signal zur Ansteuerung des Sperr­ ventiles (15) auslöst.