DE4431834A1 - Pressurised cooling system with leakage return for a liquid-cooled internal combustion engine - Google Patents
Pressurised cooling system with leakage return for a liquid-cooled internal combustion engineInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Überdruck-Kühlsystem mit Leckage rückführung für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Dabei ist insbe sondere an ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine gedacht, wie sie in Fahrzeugen, speziell in Kraftfahrzeugen, Einsatz findet.The invention relates to an overpressure cooling system with leakage feedback for a liquid-cooled internal combustion engine according to the preamble of claim 1. It is esp especially thought of a cooling system for an internal combustion engine, as used in vehicles, especially in motor vehicles finds.
Überdruck-Flüssigkeitskühlsysteme der vorgenannten Art umfassen als einen elementaren Bestandteil eine Flüssigkeitspumpe, wel che der Erhöhung bzw. Aufrechterhaltung der Kühlmittelzirkula tion in dem Kühlkreislauf dient. Bedingt durch den Überdruck, der während des Betriebs der Brennkraftmaschine in dem Kühlsy stem entsteht, kann nicht vermieden werden, daß eine Leckage von Kühlmittel z. B. an den Dichtungen der Kühlmittelpumpe oder anderswo im Kühlsystem auftritt. Besagter Überdruck dient dazu, ein Sieden der Kühlflüssigkeit bei einer Temperatur, welche niedriger ist als die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschi ne, zu verhindern. Das Kühlmittel tritt entweder direkt ins Freie oder wird von einem Leckagebehälter gesammelt und über einen Abführkanal ins Freie geführt. In beiden Fällen tritt so mit ein unerwünschter Verlust von Kühlmittel aus dem Kühlkreis lauf auf. Sowohl unter ökonomischen - fortwährendes Nachfüllen von Kühlflüssigkeit in das Kühlsystem - als auch unter ökologi schen - Entweichen von eventuell schadstoffhaltigen Kühlflüs sigkeiten in die Umwelt - Gesichtspunkten ist ein solcher Ver lust zu vermeiden. Auch ist das Betreiben einer Brennkraftma schine in einem nach unten geschlossenen Raum (z. B. Wasserfahr zeug) vorstellbar, wo jedwede nicht aufgefangene Leckage zu un angenehmer Pfützenbildung führt.Overpressure liquid cooling systems of the aforementioned type include as an elementary component of a liquid pump, wel che the increase or maintenance of the coolant circulation tion in the cooling circuit. Due to the overpressure, that during the operation of the internal combustion engine in the cooling system stem arises, can not be avoided that a leak of coolant e.g. B. on the seals of the coolant pump or occurs elsewhere in the cooling system. Said overpressure serves to a boiling of the coolant at a temperature which is lower than the operating temperature of the internal combustion engine ne to prevent. The coolant either enters directly Free or is collected and over from a leak container a discharge channel led outside. In both cases this occurs with an undesirable loss of coolant from the cooling circuit run on. Both under economical - constant refilling of coolant in the cooling system - as well as ecologically es - escaping cooling fluids that may contain harmful substances environmental issues - such a ver avoid lust. Also operating an internal combustion engine machine in a room closed downwards (e.g. water ride stuff) imaginable where any leakage not caught is un pleasant puddle formation.
Um die vorgenannten Nachteile zu vermeiden, ist eine Flüssig keitspumpe mit integriertem Leckagebehälter bekannt, wie z. B. in P 43 18 158 beschrieben, wobei eine Rückführung der darin aufgefangenen Flüssigkeitsmenge in das Kühlsystem unter Ausnut zung von Druckverhältnissen erfolgt, wie sie im Betrieb der Flüssigkeitspumpe in dieser selbst und/oder in einer ihr zuge ordneten Einrichtung, z. B. einer Brennkraftmaschine, auftreten.To avoid the aforementioned disadvantages, it is a liquid known speed pump with integrated leakage container, such as. B. described in P 43 18 158, with a return of the therein amount of liquid caught in the cooling system under groove pressure conditions, as in the operation of the Liquid pump in this itself and / or in one of her ordered facility, e.g. B. an internal combustion engine occur.
Die Höhendifferenz zwischen dem unterhalb der Flüssigkeitspumpe angeordneten Leckagebehälter an einem unteren Punkt und einem Kühlmittelausgleichsbehälter an einem höchsten Punkt des Kühl systems ist nicht unerheblich. Zu diesem höchsten Punkt soll beim Abkühlen der Brennkraftmaschine und des Kühlmittels durch den entstehenden Unterdruck die in dem Leckagebehälter aufge fangene Kühlflüssigkeit in den Ausgleichsbehälter zurückgesaugt werden. Folglich wird eine große Druckdifferenz, d. h. ein gro ßer Unterdruck, benötigt, um die besagte Kühlmittelrücksaug funktion ausführen zu können. In der vorbekannten Vorrichtung soll diese Druckdifferenz allein als Folge der in der Brenn kraftmaschine und der Kühlflüssigkeit auftretenden betriebsbe dingten Temperaturdifferenz entstehen. Aber nur im Falle einer Fehlfunktion des Kühlsystems, d. h. einer Überhitzung, in deren Folge über ein Überdruckventil Luft und Kühlflüssigkeit das Kühlsystem verlassen und somit eine Mengenminderung der in dem Kühlsystem enthaltenen Stoffe eintritt, entsteht in dem Kühlsy stem ein Druck, der kleiner ist als der Umgebungsdruck und be nötigt wird, um die besagte Saugfunktion ausführen zu können. Die beschriebene Fehlfunktion ist jedoch in hohem Maße uner wünscht und sollte im Betrieb einer Brennkraftmaschine nicht auftreten.The height difference between that below the liquid pump arranged leakage container at a lower point and a Coolant expansion tank at the highest point in the coolant systems is not insignificant. At this highest point when the internal combustion engine and the coolant cool down the negative pressure that arises in the leakage container trapped coolant is sucked back into the expansion tank become. As a result, a large pressure difference, e.g. H. a big one ß negative pressure, required to suck the said coolant back function. In the known device this pressure difference is intended solely as a result of the in the focal engine and the coolant occurring operating conditioned temperature difference arise. But only in the case of one Cooling system malfunction, i. H. an overheating, in whose Follow the air and coolant pressure relief valve Leave cooling system and thus a quantity reduction in the Substances contained in the cooling system occurs in the cooling system stem a pressure that is less than the ambient pressure and be is necessary to be able to carry out the said suction function. However, the malfunction described is largely unimportant does not want and should not be in the operation of an internal combustion engine occur.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Überdruck-Kühlsy stem mit Leckagerückführung der eingangs erwähnten Art zu lie fern, welches eine genügend hohe Druckdifferenz erzeugt, um das Rücksaugen der in dem Leckagebehälter angesammelten Kühlflüs sigkeit ohne zusätzlichen Über- oder Unterdruck erzeugende Ein richtungen und somit ohne zusätzlichen Energieaufwand zu ermög lichen.The invention has for its object a positive pressure cooling system stem with leakage recirculation of the type mentioned at the outset far, which generates a sufficiently high pressure difference to the Suck back the cooling fluids accumulated in the leakage container liquid without additional overpressure or underpressure directions and thus possible without additional energy expenditure lichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Aus gleichsbehälter ein eine gezielte Leckage von Luft in dem an sich geschlossenen Kühlsystem zulassendes Schwimmer-Öffnungs ventil parallelgeschaltet ist, wobei das Schwimmer-Öffnungsven til mit dem nach oben hin offenen Auffangbehälter verbunden ist.This object is achieved in that the end expansion tank a targeted leakage of air in the closed cooling system allowing float opening valve is connected in parallel, the float opening valve til connected to the collecting container open at the top is.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Schwimmer-Öffnungsventil gebildet von einem Schwimmerrohr, ei nem, vorzugsweise kugelförmigen, Schwimmer und, vorzugsweise trichterförmigen, starren Ventilflächen.In a preferred embodiment of the invention, the Float opening valve formed by a float tube, egg nem, preferably spherical, float and, preferably funnel-shaped, rigid valve surfaces.
In einer alternativen Ausführungsform besitzt der Schwimmer ei ne plane Oberfläche und die Ventilflächen sind ebenfalls plan, insbesondere lochscheibenförmig, ausgebildet.In an alternative embodiment, the float has egg ne flat surface and the valve surfaces are also flat, in particular perforated disc-shaped.
Vorzugsweise wird das Verbindungselement zwischen dem Auffang behälter und dem Schwimmer-Öffnungsventil von einem Schlauch oder einem Rohr gebildet.Preferably, the connecting element between the catch container and the float opening valve from a hose or a pipe.
In einer besonderen Ausführungsform bildet das Schwimmerrohr eine Einheit mit dem Ausgleichsbehälter, vorzugsweise derge stalt, daß es innerhalb des Ausgleichsbehälters integriert ist.In a special embodiment, the float tube forms one unit with the expansion tank, preferably derge stalt that it is integrated within the expansion tank.
Ein das Verbindungselement in einen vorderen und einen hinteren Teil teilender Abzweig zeichnet eine alternative Ausführungs form des Kühlsystems gemäß der Erfindung aus, wobei in dem Ab zweig ein Ablaßelement anschließt. In dem hinteren Teil des Verbindungselementes ist ein Ansaugventil und in das Ablaßele ment ein Ablaßventil integriert.A connecting element in a front and a rear Partial branch draws an alternative embodiment form of the cooling system according to the invention, wherein in the Ab branch connects a drain element. In the back of the Connection element is an intake valve and in the Ablaßele ment integrated a drain valve.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist der Ven tilschließkörper des Schwimmer-Öffnungsventils in dem Schwim merrohr mit einem Thermoelement verbunden, welches wiederum ei ne feste Verbindung zu der Wand des Schwimmerrohres besitzt. Dadurch kann die Funktionssicherheit des Kühlsystems besonders im Falle einer Über- bzw. Unterbefüllung mit Kühlflüssigkeit, erhöht werden. Das Thermoelement wird vorzugsweise von einem Dehnelement, z. B. aus Bimetall, dargestellt.In a particular embodiment of the invention, the Ven valve closing body of the float opening valve in the swimming pool Merrohr connected to a thermocouple, which in turn egg ne has a firm connection to the wall of the float tube. This can improve the functional reliability of the cooling system in case of overfilling or underfilling with coolant, increase. The thermocouple is preferably one Expansion element, e.g. B. made of bimetal.
Die Integration eines Kondensators in das Verbindungselement mit einer den Kondensator und das Schwimmerrohr verbindenden Verbindungsleitung zur Ableitung der kondensierten Flüssigkeit sieht eine weitere Ausführungsform des Kühlsystems gemäß der Erfindung vor. Ebenso kann das Sicherheitsüberdruckventil an dem Ausgleichsbehälter über eine Rückführleitung, welche einen Kondensator umfaßt, mit dem Schwimmerrohr verbunden sein.The integration of a capacitor in the connecting element with one connecting the condenser and the float tube Connection line to discharge the condensed liquid sees a further embodiment of the cooling system according to the Invention before. The safety pressure relief valve can also be switched on the expansion tank via a return line, which a Capacitor includes to be connected to the float tube.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Es zeigt in schema tischer Darstellung:Several embodiments of the invention are set out below explained with reference to the accompanying drawing. It shows in scheme table representation:
Fig. 1 ein Kühlsystem gemäß der Erfindung unter Weg lassung der vorbekannten Bestandteile in einer ersten Ausführungsform. Fig. 1 shows a cooling system according to the invention omitting the known components in a first embodiment.
Fig. 2 das Schwimmer-Öffnungsventil in einer alterna tiven Ausführungsform. Fig. 2, the float opening valve in an alterna tive embodiment.
Fig. 3 eine alternative Ausgleichsbehälter/Schwimmer- Öffnungsventil-Anordnung. Fig. 3 shows an alternative expansion tank / float opening valve arrangement.
Fig. 4 eine Abzweiggestaltung im Verbindungselement. Fig. 4 is a branch design in the connecting element.
Fig. 5 ein thermoelementgesteuertes Schwimmer-Öff nungsventil. Fig. 5 is a thermocouple-controlled float opening valve.
Fig. 6 ein Kühlsystem gemäß der Erfindung in einer weiteren Ausführungsform mit Kondensator im Verbindungselement. Fig. 6 shows a cooling system according to the invention in a further embodiment with a condenser in the connecting element.
Fig. 7 ein Kühlsystem gemäß der Erfindung in einer weiteren Ausführungsform mit an das Überdruck ventil angeschlossener Rückführleitung. Fig. 7 shows a cooling system according to the invention in a further embodiment with a return line connected to the pressure relief valve.
Der in Fig. 1 dargestellte Teil eines Überdruck-Kühlsystems besteht aus einem Ausgleichsbehälter 9, einem Schwimmer-Öff nungsventil 20, welche beiden Bestandteile an einem höchsten Ort des Kühlsystems angeordnet sind, einem Auffangbehälter 6, welcher unterhalb einer Kühlmittelpumpe angeordnet ist sowie einem Verbindungselement 7.The part of an overpressure cooling system shown in Fig. 1 consists of a surge tank 9 , a float opening valve 20 , which two components are arranged at a highest point in the cooling system, a collecting tank 6 , which is arranged below a coolant pump and a connecting element 7 .
Beim Öffnen des Verschlußdeckels 2 stellt sich der Kühlmittel stand im Schwimmerrohr 4 und im Ausgleichsbehälter 9 auf ein gleiches Niveau ein. Erwärmt sich infolge des Betriebs der Brennkraftmaschine das Kühlmittel 5 und die im Ausgleichsbehäl ter 9 befindliche Luft 10, so steigt der Druck im Ausgleichsbe hälter an. Dies hat zur Folge, daß der Flüssigkeitsspiegel im Schwimmerrohr 4 steigt. Es wird Luft aus dem oberen Teil des Schwimmerrohres solange durch das Verbindungselement 7 und den tieferliegenden Behälter 6 verdrängt, bis der Schwimmer 3 an den starren Ventilflächen 8 anliegt, das Schwimmer-Öffnungs ventil 20 also geschlossen ist.When opening the cap 2 , the coolant in the float tube 4 and in the expansion tank 9 is at the same level. Warms up due to the operation of the internal combustion engine, the coolant 5 and the air 10 located in the expansion tank 9 , the pressure in the compensation tank rises. This has the consequence that the liquid level in the float tube 4 rises. There is air from the upper part of the float tube displaced by the connecting element 7 and the lower-lying container 6 until the float 3 abuts the rigid valve surfaces 8 , the float opening valve 20 is therefore closed.
Danach baut sich bei weiter ansteigender Kühlmitteltemperatur ein Überdruck im Kühlsystem auf. Dieser Überdruck preßt den Schwimmer 3 zusätzlich in den Dichtsitz 8.Then, as the coolant temperature continues to rise, an overpressure builds up in the cooling system. This excess pressure additionally presses the float 3 into the sealing seat 8 .
Sinkt der Überdruck im Kühlsystem unter einen bestimmten Wert, so öffnet der Schwimmer 3 des Ventils 20 und Luft und/oder Kühlflüssigkeit strömt über das Verbindungselement 7 in den Ausgleichsbehälter 9.If the overpressure in the cooling system drops below a certain value, the float 3 of the valve 20 opens and air and / or coolant flows via the connecting element 7 into the expansion tank 9 .
Ein unzulässig hoher Überdruck im System wird durch das Über druckventil 1 verhindert.An excessively high overpressure in the system is prevented by the overpressure valve 1 .
Der maximale im Kühlsystem auftretende Unterdruck wird durch die Saughöhe 15, also die Höhendifferenz zwischen dem tieflie genden Behälter 6 und dem höchsten Punkt des Verbindungselemen tes 7, begrenzt.The maximum negative pressure occurring in the cooling system is limited by the suction height 15 , that is, the height difference between the low-lying container 6 and the highest point of the connecting element 7 .
Ein in der konstruktiven Lösung von diesem beschriebenen System abweichendes, aber funktionsidentisches Kühlsystem zeigt Fig. 3, worin das Schwimmerrohr 44 innerhalb des Ausgleichsbehälters 49 in diesen integriert ist. FIG. 3 shows a cooling system that differs from the system described, but is functionally identical, in which the float tube 44 is integrated within the expansion tank 49 .
Fig. 2 stellt eine alternative Ausführungsform des Schwimmer- Öffnungsventils dar. Dabei weist der Schwimmer 33 eine plane Oberfläche 31 auf, die das Ventil gegen die planen Ventilflä chen 38 schließt. Fig. 2 shows an alternative embodiment of the float opening valve. Here, the float 33 has a flat surface 31 which Chen 38 closes the valve against the flat Ventilflä.
Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsvariante des Kühlsystems gemäß der Erfindung mit einem zusätzlichen Ansaugventil 71 und einem zusätzlichen Ablaßventil 72 bewirkt folgendes: Beim An steigen des Flüssigkeitsspiegels im Schwimmerrohr 4 wird die darüber befindliche Luft aufgrund der absperrenden Wirkung des Ventils 71 nicht durch die Flüssigkeit im tieferliegenden Be hälter 6, sondern durch das Ablaßventil 72 in die Umgebung ver drängt. Beim Abkühlen des Systems schließt das Ablaßventil 72 und die Flüssigkeit aus dem Auffangbehälter 6 wird durch den hinteren Teil des Verbindungselementes 74, das Ansaugventil 71 und den vorderen Teil des Verbindungselementes 73 in das Schwimmerrohr 4 gesaugt.The embodiment shown in Fig. 4 of the cooling system according to the invention with an additional suction valve 71 and an additional drain valve 72 does the following: When rising to the liquid level in the float tube 4 , the air above it is not due to the shut-off effect of the valve 71 by the liquid in the Be deep container 6 , but through the drain valve 72 in the environment. When the system cools, the drain valve 72 closes and the liquid from the collecting container 6 is sucked into the float tube 4 through the rear part of the connecting element 74 , the suction valve 71 and the front part of the connecting element 73 .
Je nach Auslegung der Schließcharakteristik des Ansaugventils 71 ist sowohl ein langsames, kontinuierliches Ansaugen als auch ein plötzliches Ansaugen einstellbar.Depending on the design of the closing characteristic of the intake valve 71 , both a slow, continuous intake and a sudden intake can be set.
Eine mögliche alternative Ausführungsform des Öffnungsventils ist in Fig. 5 gezeigt. Die Steuerung des Ventils im Schwimmer rohr 50 wird bei dieser Variante kombinativ über den Wasser stand im Schwimmerrohr und/oder über ein Thermoelement 55 ge währleistet. Dieses Thermoelement dehnt sich bei Erwärmung aus und verschließt über den Ventilschließkörper 53 das Ventil im Schwimmerrohr. Beim Abkühlen öffnet das Ventil wieder. A possible alternative embodiment of the opening valve is shown in FIG. 5. In this variant, the control of the valve in the float tube 50 is ensured via the water in the float tube and / or via a thermocouple 55 . This thermocouple expands when heated and closes the valve in the float tube via the valve closing body 53 . The valve opens again when it cools down.
Fig. 6 veranschaulicht eine Variante des Kühlsystems gemäß der Erfindung, bei der zusätzlich im Verbindungselement 80 ein Kon densator 85 eingebaut ist. Der Kondensator 85 hat die Aufgabe, verdampfte Flüssigkeit aus dem Schwimmerrohr zu kondensieren. Das Kondensat wird über eine Verbindungsleitung 86 dem Schwim merrohr 4 zugeführt. Die Möglichkeit, ebenfalls das über das Überdruckventil 1 den Ausgleichsbehälter 9 verlassende Luft- Flüssigkeits-Gemisch dem Kühlsystem wieder zuzuführen, zeigt Fig. 7. Am Überdruckventil 1 ist dabei eine Rückführungslei tung 90 mit einem Kondensator 95 eingebaut. Über das Überdruck ventil 1 entweicht bei einer Überlastung des Kühlsystems Kühl mittel und Kühlmitteldampf. Beides wird über einen Kondensator 95 geleitet und das Kondensat zum Schwimmerrohr 4 geführt. Der Vorteil dieser Anordnung ist, daß keine Kühlflüssigkeit in die Umwelt gelangt. Fig. 6 illustrates a variant of the cooling system according to the invention, in which a capacitor 85 is additionally installed in the connecting element 80 . The condenser 85 has the task of condensing evaporated liquid from the float tube. The condensate is fed via a connecting line 86 to the floating tube 4 . The possibility of also returning the air / liquid mixture leaving the expansion tank 9 via the pressure relief valve 1 to the cooling system is shown in FIG. 7. The pressure relief valve 1 has a return line 90 with a condenser 95 installed. Via the pressure relief valve 1, coolant and coolant vapor escape when the cooling system is overloaded. Both are passed through a condenser 95 and the condensate is led to the float tube 4 . The advantage of this arrangement is that no coolant gets into the environment.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4431834A DE4431834A1 (en) | 1993-09-17 | 1994-09-07 | Pressurised cooling system with leakage return for a liquid-cooled internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (2)
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DE4331593 | 1993-09-17 | ||
DE4431834A DE4431834A1 (en) | 1993-09-17 | 1994-09-07 | Pressurised cooling system with leakage return for a liquid-cooled internal combustion engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4431834A1 true DE4431834A1 (en) | 1995-03-23 |
Family
ID=6497921
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE4431834A Withdrawn DE4431834A1 (en) | 1993-09-17 | 1994-09-07 | Pressurised cooling system with leakage return for a liquid-cooled internal combustion engine |
Country Status (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018211038A1 (en) | 2018-07-04 | 2020-01-09 | Audi Ag | Leakage control device, electrical machine with a leakage control device and method for operating a leakage control device |
-
1994
- 1994-09-07 DE DE4431834A patent/DE4431834A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018211038A1 (en) | 2018-07-04 | 2020-01-09 | Audi Ag | Leakage control device, electrical machine with a leakage control device and method for operating a leakage control device |
DE102018211038B4 (en) * | 2018-07-04 | 2021-01-14 | Audi Ag | Leakage control device, electrical machine with a leakage control device and method for operating a leakage control device |
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Legal Events
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |