EP0071807A2 - Flüssigkeitskühlung für eine Maschine sowie Kreiselpumpe für eine Flüssigkeitskühlung - Google Patents

Flüssigkeitskühlung für eine Maschine sowie Kreiselpumpe für eine Flüssigkeitskühlung Download PDF

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EP0071807A2
EP0071807A2 EP82106465A EP82106465A EP0071807A2 EP 0071807 A2 EP0071807 A2 EP 0071807A2 EP 82106465 A EP82106465 A EP 82106465A EP 82106465 A EP82106465 A EP 82106465A EP 0071807 A2 EP0071807 A2 EP 0071807A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
liquid
pump
cooling
impeller
blades
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP82106465A
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English (en)
French (fr)
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EP0071807A3 (de
Inventor
Herbert Joseph Hauser, Jr.
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deere and Co
Original Assignee
Deere and Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deere and Co filed Critical Deere and Co
Publication of EP0071807A2 publication Critical patent/EP0071807A2/de
Publication of EP0071807A3 publication Critical patent/EP0071807A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/20—Cooling circuits not specific to a single part of engine or machine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P5/00—Pumping cooling-air or liquid coolants
    • F01P5/10—Pumping liquid coolant; Arrangements of coolant pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D1/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/12—Combinations of two or more pumps
    • F04D13/14—Combinations of two or more pumps the pumps being all of centrifugal type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D5/00—Pumps with circumferential or transverse flow
    • F04D5/002—Regenerative pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/18—Arrangements or mounting of liquid-to-air heat-exchangers
    • F01P2003/187—Arrangements or mounting of liquid-to-air heat-exchangers arranged in series

Definitions

  • the liquid cooling explained at the outset is intended in particular for internal combustion engines, which may be vehicle engines or other machines.
  • a high temperature coolant circuit is provided for cooling the vehicle engine.
  • This coolant circuit comprises a machine cooling water jacket, a circulation pump and a radiator.
  • Various embodiments of such cooling systems are described in U.S. Patents 2,760,468, 3,080,857 and 3,425,400.
  • an auxiliary coolant circuit of low temperature is additionally provided in order to cool the air drawn in by the machine and - if necessary - the lubricating oil.
  • Such an auxiliary coolant circuit includes an air-water heat exchanger, a circulation pump, a radiator and, if necessary, an oil-water heat exchanger (see e.g. U.S. Patent 3,439,657). So far, all dual-circuit cooling systems have required a pair of liquid pumps, primarily because the two coolant circuits operate at different temperatures and different flow rates.
  • the invention is therefore based on the object of improving the liquid cooling described at the outset with regard to its pump system or of developing a pump system which is particularly suitable for such a liquid cooling.
  • the pump system consists of a single pump, the housing of which together with an impeller rotating in this housing forms a first and a second liquid chamber, which are independent of one another.
  • This liquid cooling is particularly intended for gasoline or diesel internal combustion engines in which the above-mentioned first cooling device consists of a cooling water jacket enclosing the engine.
  • the second cooling device can be an air-liquid intercooler.
  • the pump according to the invention is able to circulate two separate and mutually independent coolant flows through the two coolant circuits, which are expediently designed to be closed, the amount of coolant pumped in each case in the two coolant circuits being the same, but also different.
  • the impeller can have a plurality of blades on two opposite sides, which drive the cooling liquid through the two liquid chambers.
  • the blades can be curved on one side of the impeller, while the blades on the opposite side run radially.
  • the first blade set works as a centrifugal pump, while the other blade set works as a turbine pump.
  • a centrifugal pump of the type described above can be found in US Pat. No. 2,760,468.
  • the two sets of blades of the impeller rotate in a common liquid chamber, to which separate inlets for the two coolant flows, but only a common outlet for the coolant, are connected. It is with this pump therefore not possible to apply two independent coolant circuits of different temperatures and / or flow rates at the same time.
  • the centrifugal pump according to the invention differs from this known embodiment essentially in that the impeller with its disk-shaped wall divides the liquid chamber into separate first and second, independent liquid chambers to which a first and a second outlet for the cooling liquid are connected.
  • the disk-shaped wall can be provided with a peripheral seal which, together with the pump housing, separates the two annular liquid chambers from one another.
  • the liquid cooling according to the invention therefore only requires a single pump for two completely independently controlled coolant circuits and as a result has a simpler and less expensive structure. Due to the pump according to the invention, the coolant flows in the two coolant circuits can have different temperatures and / or flow rates. In addition, the new pump can deliver different flow rates at the same time.
  • a two-circuit cooling system 10 is connected to an internal combustion engine 12.
  • the latter has a plurality of cylinders 14 in an engine block 16, within which a cooling water jacket enclosing all cylinders 14 is arranged.
  • the cooling system 10 comprises two separate and independent coolant circuits in which a coolant circulates.
  • the first coolant circuit comprises a radiator 18 which is connected via a line 20 to an inlet 21 which leads to a liquid pump 22.
  • the coolant leaves the pump 22 via an outlet 23 and is passed via a line 24 into the cooling water jacket of the engine block 16.
  • the coolant of a thermostat 26 passes via a return line 28 back into the radiator 18.
  • a this radiator 18 immediate bypass 3 0 directs the cooling medium through the inlet 21 22 to the pump
  • This bypass 30 is then turned on when the Thermostat 26 a coolant prevents flow through the radiator 18, as is the case, for example, with a cold start.
  • a second coolant circuit is useful for engines 12 with an exhaust gas turbocharger 34.
  • the latter serves to increase the amount of air available for combustion in the chambers of the engine 12. By cooling the intake air, a denser amount of air is available for combustion.
  • the exhaust gases of the engine 12 driving the exhaust gas turbocharger 34 are passed through an exhaust gas manifold 36 against a turbine rotor 38 which is seated on a shaft 40 and, by its rotation, drives a compression wheel 42 which is seated on the same shaft 40.
  • the exhaust gases exiting into the atmosphere at the exhaust 44 drive the compressor wheel 42, which draws in and compresses fresh atmospheric air into an intake line 46.
  • the second coolant circuit now cools the air coming from the exhaust gas turbocharger 34 before it enters the combustion chambers of the cylinders 14.
  • This second coolant circuit comprises a radiator 48, which is connected via a line 50 to a heat exchanger 52 (see FIG. 1), which is normally referred to as an intercooler and causes a heat exchange from the air to a cooling liquid without these two media being mixed together .
  • the coolant thus heated leaves the heat exchanger 52 and reaches a second side of the pump 22 via a line 54 via an inlet 56. After flowing through the pump 22, the coolant emerges at a second outlet 58 and is returned to the radiator via a return line 60 48 fed.
  • An oil cooler not shown in the drawing, is sometimes provided for cooling the lubricating oil for the machine 12.
  • the lubricating oil cooler is preferably switched into line 54 or 58.
  • the second coolant circuit also serve to cool the lubricating oil.
  • the coolant pump 22 consists of a housing 62 in which an impeller 64 rotates. The latter is pressed onto a drive shaft 66, which carries a pulley 67, which e.g. is driven by a crankshaft.
  • the impeller 64 forms, together with an intermediate wall 68 provided in the housing 62, which can be formed separately or in one piece with the housing 62, a first and a second liquid chamber 70, 72.
  • the first liquid chamber 70 forms part of the first coolant circuit and communicates with the inlet 21 and the outlet 23, while the second liquid chamber 72 forms part of the second coolant circuit and communicates with the second inlet 56 and the second outlet 58.
  • Both liquid chambers 70, 72 are designed completely separately and independently of one another in an annular manner, the only liquid exchange between the two chambers being able to take place via a leak along a seal 73 which is arranged on the circumference of the impeller 64.
  • the size of the two liquid chambers 70, 72 can be the same and / or different, but preferably the first liquid chamber 70, which is connected to the cooling water jacket of the machine 12, is larger than the second liquid chamber 72, which is connected to the air-liquid heat exchanger 52 communicates.
  • the disk-shaped impeller 64 has a central axial opening 74 for mounting the shaft 66. Furthermore, the impeller 64 has a multiplicity of relatively large curved blades 76 which are seated on one side of a disk-shaped partition wall 78, the opposite side of which carries a large number of radial blades 80.
  • the curved blades 76 convey the coolant, which is supplied approximately centrally axially, through the first liquid chamber 70, while the radial blades 80 promote the coolant supplied approximately on the outer circumference of the impeller through the second liquid chamber 72.
  • the inflowing coolant is expediently supplied perpendicular to the central axis of the impeller 64.
  • the partition 78 of the impeller 64 provided on its circumference with the seal 73 is aligned with the intermediate wall 68 and prevents any liquid exchange between the two liquid chambers 70, 72.
  • the seal 73 could alternatively also be attached to the intermediate wall 68.
  • the curved blades 76 together with the first liquid chamber 70 form a centrifugal pump with a high delivery volume and low delivery pressure
  • the radial blades 80 in connection with the second liquid chamber 72 form a turbine pump with a low delivery volume but high delivery pressure.
  • This blade design is not absolutely necessary, but is expedient since the cooling water jacket of the machine 12 has relatively large flow cross sections, compared to which the flow cross sections of the heat exchanger 52 are comparatively narrow. Therefore, the heat exchanger 52 requires a higher pressure for the coolant flowing through than the water jacket for the coolant flowing through it.
  • first and second liquid chambers 70, 72 can be of the same size, and that the blades of the impeller 64 can have a similar or different design depending on the use of the pump 22.
  • the blades on both sides of the Impeller 64 be curved.
  • the liquid cooling 10 and the pump 22 of the invention theoretically operate as follows in a multi-cylinder diesel equipped with an exhaust gas turbocharger that has been brought to its normal operating temperature:
  • the exhaust gas turbocharger 34 sucks Air with a temperature of about 38 ° C and a pressure of about 1 kgjcm 2 from the atmosphere via the suction line 46. Due to the compression of the air, the temperature rises to approximately 177 ° C. and the pressure to approximately 1.76 kg / cm 2 before the air flows through the air-liquid intercooler 52.
  • the coolant circulating in the second coolant circuit has a temperature of approximately 60 ° C.
  • the coolant in the first coolant circuit leaves the radiator 18 at approximately 93 ° C. and a pressure of approximately 1.05 kg / cm 2 and is pumped through the cooling water jacket of the machine 12, where the temperature of the coolant rises to approximately 99 ° C. .
  • the coolants of both coolant circuits are returned to the radiators 18 and 48 assigned to them, where the coolant is cooled down by the passing air before it circulates again through the system 10.

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Abstract

Ein Flüssigkeitskühlsystem (10) für eine Verbrennungskraftmaschine umfaßt einen ersten Kühlmittelkreislauf (18-30) und einen zweiten Kühlmittelkreislauf (48-60). Der erste Kühlmittelkreislauf (18-30) umfaßt einen Radiator (18) sowie eine flüssigkeitsgekühlte Wärmequelle, während der zweite Kühlmittelkreislauf (48-60) einen Radiator (48) sowie einen Luft-Flüssigkeit-Wärmeaustauscher (52) umfaßt. Eine Flüssigkeitspumpe (22) ist zwischen die beiden Kühlmittelkreisläufe geschaltet und ermöglicht eine unabhängige Kühlmittelströmung durch die beiden getrennten Kühlmittelkreisläufe. Diese Pumpe (22) weist hierfür ein Flügelrad (64) mit einer scheibenförmigen Wandung (78) auf, auf deren sich gegenüberliegenden Seiten eine Vielzahl von Schaufeln (76, 80) unterschiedlicher Konfiguration vorgesehen sind. Die scheibenförmige Wandung (78) bildet zusammen mit dem Pumpengehäuse (62) zwei separate, voneinander unabhängige Flüssigkeitskammern (70, 72).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitskühlung für eine Maschine, bestehend aus
    • - einer ersten Kühleinrichtung zur Kühlung der Maschine;
    • - einem ersten Radiator, der mit der ersten Kühleinrichtung flüssigkeitsaustauschend verbunden ist;
    • - einer zweiten Kühleinrichtung zur Kühlung der von der Maschine angesaugten Luft;
    • - einem zweiten Radiator, der mit der zweiten Kühleinrichtung flüssigkeitsaustauschend verbunden ist; und
    • - einem Pumpensystem zur Flüssigkeitszirkulation zwischen erstem Radiator und erster Kühleinrichtung sowie zwischen zweitem Radiator und zweiter Kühleinrichtung.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Kreiselpumpe, insbesondere für eine Flüssigkeitskühlung der vorstehenden Art, bestehend aus
    • - einem Pumpengehäuse;
    • - einem in diesem Pumpengehäuse umlaufenden Flügelrad;
    • - zwei Schaufelsätzen, die auf sich gegenüberliegenden Seiten einer scheibenförmigen Wandung des Flügelrades angeordnet sind und in einer vom Pumpengehäuse gebildeten Flüssigkeitskammer umlaufen, wobei jeder der beiden Schaufelsätze eine eigene Pumpeneinheit bildet;
    • - einem ersten und zweiten Einlaß, die jeweils einen Kühlflüssigkeitsstrom dem ersten bzw. zweiten Schaufelsatz zuführen, und aus
    • - einem Auslaß für die Kühlflüssigkeit.
  • Die eingangs erläuterte Flüssigkeitskühlung ist insbesondere für Verbrennungskraftmaschinen vorgesehen, wobei es sich um Fahrzeugmotoren oder andere Maschinen handeln kann. Bei dem am meisten verbreiteten Kühlungssystem für Fahrzeugmotoren ist ein Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf für die Kühlung des Fahrzeugmotors vorgesehen. Dieser Kühlmittelkreislauf umfaßt einen Maschinenkühlwassermantel, eine Umlaufpumpe und einen Radiator. Verschiedene Ausführungsformen derartiger Kühlsysteme sind in den US-Patenten 2,760,468, 3,080,857 und 3,425,400 beschrieben. Bei vorverdichteten und mit Abgasturbolader versehenen Motoren wird zusätzlich ein Hilfskühlmittelkreislauf niedriger Temperatur vorgesehen, um die von der Maschine angesaugte Luft und - soweit erforderlich-das Schmieröl zu kühlen. Ein derartiger Hilfskühlmittelkreislauf umfaßt einen Luft-Wasser-Wärmetauscher, eine Umlaufpumpe, einen Radiator und - soweit erforderlich - einen öl-Wasser-Wärmetauscher (siehe z.B. US-Patent 3,439,657). Bisher benötigten alle Zweikreis-Kühlsysteme ein Paar Flüssigkeitspumpen und zwar in erster Linie deshalb, weil die beiden Kühlmittelkreisläufe mit unterschiedlichen Temperaturen und verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten arbeiten.
  • Die Verwendung von zwei Pumpen erhöht die Komplexität sowie die Kosten derartiger Kühlungssysteme und verringert auf der anderen Seite den Gesamtwirkungsgrad der Maschine.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die eingangs erläuterte Flüssigkeitskühlung hinsichtlich ihres Pumpensystems zu verbessern bzw. ein Pumpensystem.zu entwickeln, das insbesondere für eine derartige Flüssigkeitskühlung geeignet ist.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Pumpensystem aus einer einzigen Pumpe besteht, deren Gehäuse zusammen mit einem in diesem Gehäuse umlaufenden Flügelrad eine erste und eine zweite Flüssigkeitskammer bildet, die voneinander unabhängig sind.
  • Diese Flüssigkeitskühlung ist insbesondere bestimmt für Benzin-oder Diesel-Verbrennungskraftmaschinen, bei denen die vorstehend erwähnte erste Kühleinrichtung aus einem den Motor umschließenden Kühlwassermantel besteht. Die zweite Kühleinrichtung kann ein Luft-Flüssigkeit-Zwischenkühler sein. Die Pumpe gemäß der Erfindung ist in der Lage, zwei separate und voneinander unabhängige Kühlmittelströme durch die beiden Kühlmittelkreisläufe, die zweckmäßig geschlossen ausgebildet sind, zirkulieren zu lassen,wobei die jeweils umgepumpte Kühlmittelmenge in den beiden Kühlmittelkreisläufen gleich, aber auch unterschiedlich sein kann.
  • Das Flügelrad kann auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten eine Vielzahl von Schaufeln aufweisen, die die Kühlflüssigkeit durch die beiden Flüssigkeitskammern treiben. Dabei können die Schaufeln auf der einen Seite des Flügelrades gekrümmt sein, während die Schaufeln auf der gegenüberliegenden Seite radial verlaufen. In diesem Fall arbeitet der erste Schaufelsatz als Zentrifugalpumpe, während der andere Schaufelsatz als Turbinenpumpe arbeitet. Durch Veränderung von Größe, Form und Anzahl der Schaufeln auf jeder Seite des Flügelrades läßt sich der Kühlmittelfluß durch die beiden Kühlmittelkreisläufe verändern.
  • Eine Kreiselpumpe der eingangs erläuterten Bauart läßt sich der US-Patentschrift 2,760,468 entnehmen. Hier laufen aber die beiden Schaufelsätze des Flügelrades in einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer um, an die zwar getrennte Einlässe für die beiden Kühlflüssigkeitsströme, aber nur ein-gemeinsamer Auslaß für die Kühlflüssigkeit angeschlossen sind. Mit dieser Pumpe ist es daher nicht möglich, gleichzeitig zwei voneinander unabhängige Kühlmittelkreisläufe unterschiedlicher Temperaturen und/oder Strömungsgeschwindigkeiten zu beaufschlagen.
  • Die Kreiselpumpe gemäß der Erfindung unterscheidet sich von dieser vorbekannten Ausführungsform im wesentlichen dadurch, daß das Flügelrad mit seiner scheibenförmigen Wandung die Flüssigkeitskammer in separate erste und zweite, voneinander unabhängige Flüssigkeitskammern unterteilt, an die jeweils ein erster bzw. zweiter Auslaß für die Kühlflüssigkeit angeschlossen sind.Dabei kann die scheibenförmige Wandung mit einer Umfangsdichtung versehen sein, die zusammen mit dem Pumpengehäuse die beiden ringförmigen Flüssigkeitskammern voneinander trennt.
  • Die Flüssigkeitskühlung gemäß der Erfindung benötigt somit für zwei völlig unabhängig voneinander gesteuerte Kühlmittelkreisläufe nur noch eine einzige Pumpe und weist dadurch einen einfacheren und preiswerteren Aufbau auf. Durch die erfindungsgemäße Pumpe können die Kühlmittelströme in den beiden Kühlmittelkreisläufen unterschiedliche Temperaturen und/oder Strömungsgeschwindigkeiten aufweisen. Außerdem lassen sich mit der neuen Pumpe gleichzeitig unterschiedliche Fördermengen fördern.
  • Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden mit ihren Vorteilen anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
  • In der Zeichnung ist eine als Beispiel dienende Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
    • Figur 1 in schematischer Darstellung in Draufsicht eine mit einem Zweikreis-Kühlsystem ausgestattete Verbrennungskraftmaschine;
    • Figur 2 in vergrößertem Maßstab in Vorderansicht eine in das Kühlsystem gemäß Figur 1 eingebaute Kühlmittelpumpe;
    • Figur 3 einen Schnitt gemäß der Linie 3 - 3 in Figur 2 und
    • Figur 4 und 5 in perspektivischer Darstellung zwei Ansichten des Flügelrades der Kühlmittelpumpe gemäß den Figuren 2 und 3.
  • Gemäß Figur 1 ist ein Zweikreis-Kühlsystem 10 an eine Verbrennungskraftmaschine 12 angeschlossen. Letztere weist mehrere Zylinder 14 in einem Motorblock 16 auf, innerhalb von dem ein alle Zylinder 14 umschließender Kühlwassermantel angeordnet ist.
  • Das Kühlsystem 10 umfaßt zwei separate und voneinander unabhängige Kühlmittelkreisläufe, in denen ein Kühlmittel umläuft. Der erste Kühlmittelkreislauf umfaßt einen Radiator 18, der über eine Leitung 20 mit einem Einlaß 21 verbunden ist, der zu einer Flüssigkeitspumpe 22 führt. Das Kühlmittel verläßt die Pumpe 22 über einen Auslaß 23 und wird über eine Leitung 24 in den Kühlwassermantel des Motorblocks 16 geleitet. Nach dem Durchströmen dieses Kühlwassermantels gelangt das Kühlmittel über einen Thermostaten 26 über eine Rücklaufleitung 28 wieder in den Radiator 18. Ein diesen Radiator 18 umgehenden Bypass 30 leitet das Kühlmedium über den Einlaß 21 zur Pumpe 22. Dieser Bypass 30 wird dann eingeschaltet, wenn der Thermostat 26 einen Kühlmittelfluß durch den Radiator 18 verhindert, wie es z.B. bei kaltem Start der Fall ist.
  • Ein zweiter Kühlmittelkreislauf ist zweckmäßig für Motoren 12 mit einem Abgasturbolader 34. Letzterer dient zur Vergrößerung der zur Verbrennung in den Kammern der Maschine 12 zur Verfügung stehenden Luftmenge. Durch Kühlung der angesaugten Luft steht für die Verbrennung eine dichtere Luftmenge zur Verfügung. Die den Abgasturbolader 34 antreibenden Auspuffgase der Maschine 12 werden durch eine Abgassammelleitung 36 gegen einen Turbinenrotor 38 geleitet, der auf einer Welle 40 sitzt und durch seine Rotation ein Verdichtungsrad 42 antreibt, das auf derselben Welle 40 sitzt. Dadurch treiben die beim Auspuff 44 in die Atmosphäre austretenden Abgase das Verdichterrad 42 an, das in eine Ansaugleitung 46 frische atmosphärische Luft ansaugt und verdichtet.
  • Der zweite Kühlmittelkreislauf kühlt nun die von dem Abgasturbolader 34 kommende Luft, bevor sie in die Verbrennungskammern der Zylinder 14 eintritt. Dieser zweite Kühlmittelkreislauf umfaßt einen Radiator 48, der über eine Leitung 50 an einen Wärmetauscher 52 angeschlossen ist (siehe Figur 1), der normalerweise als Zwischenkühler bezeichnet wird und einen Wärmeaustausch von der Luft an eine Kühlflüssigkeit bewirkt, ohne daß diese beiden Medien miteinander vermengt werden. Das so erwärmte Kühlmittel verläßt den Wärmetauscher 52 und gelangt über eine Leitung 54 über einen Einlaß 56 zu einer zweiten Seite der Pumpe 22. Nach dem Durchströmen der Pumpe 22 tritt das Kühlmittel bei einem zweiten Auslaß 58 aus und wird über eine Rücklaufleitung 60 wieder dem Radiator 48 zugeführt.
  • Bisweilen ist ein in der Zeichnung nicht dargestellter ölkühler zur Kühlung des Schmieröls für die Maschine 12 vorgesehen. In diesem Fall wird der Schmierölkühler vorzugsweise in die Leitung 54 oder 58 geschaltet. Dann würde der zweite Kühlmittelkreislauf auch zur Kühlung des Schmieröles dienen.
  • Gemäß den Figuren 2 und 3 besteht die Kühlmittelpumpe 22 aus einem Gehäuse 62, in dem ein Flügelrad 64 umläuft. Letzteres ist auf eine Antriebswelle 66 gepreßt, die eine Riemenscheibe 67 trägt, die über einen Riemen z.B. von einer Kurbelwelle angetrieben wird. Das Flügelrad 64 bildet zusammen mit einer im Gehäuse 62 vorgesehenen Zwischenwand 68, die separat oder aber einteilig mit dem Gehäuse 62 ausgebildet sein kann, eine erste und eine zweite Flüssigkeitskammer 70,72. Die erste Flüssigkeitskammer 70 bildet einen Teil des ersten Kühlmittelkreislaufes und steht mit dem Einlaß 21 und dem Auslaß 23 in Verbindung, während die zweite Flüssigkeitskammer 72 einen Teil des zweiten Kühlmittelkreislaufes bildet und mit dem zweiten Einlaß 56 sowie dem zweiten Auslaß 58 in Verbindung steht. Beide Flüssigkeitskammern 70,72 sind völlig separat und unabhängig voneinander ringförmig ausgebildet, wobei der einzige Flüssigkeitsaustausch zwischen den beiden Kammern über ein Leck entlang einer Dichtung 73 erfolgen kann, die am Umfang des Flügelrades 64 angeordnet ist. Die Größe der beiden Flüssigkeitskammern 70,72 kann gleich und/oder unterschiedlich sein, vorzugsweise aber ist die erste Flüssigkeitskammer 70, die mit dem Kühlwassermantel der Maschine 12 in Verbindung steht, größer als die zweite Flüssigkeitskammer 72, die mit dem Luft-Flüssigkeit-Wärmetauscher 52 in Verbindung steht.
  • Gemäß den Figuren 4 und 5 weist das scheibenförmig ausgebildete Flügelrad 64 eine zentrische Axialöffnung 74 zur Montage der Welle 66 auf. Ferner weist das Flügelrad 64 eine Vielzahl verhältnismäßig großer gekrümmter Schaufeln 76 auf, die auf der einen Seite einer scheibenförmigen Trennwandung 78 sitzen, deren gegenüberliegende Seite eine Vielzahl von Radialschaufeln 80 trägt. Die gekrümmten Schaufeln 76 fördern die etwa zentrisch axial zugeführte Kühlflüssigkeit durch die erste Flüssigkeitskammer 70, während die Radialschaufeln 80 die etwa am äußeren Umfang des Flügelrades zugeführte Kühlflüssigkeit durch die zweite Flüssigkeitskammer 72 fördern. Die einströmende Kühlflüssigkeit wird zweckmäßig senkrecht zur zentrischen Achse des Flügelrades 64 zugeführt. Die auf ihrem Umfang mit der Abdichtung 73 versehene Trennwandung 78 des Flügelrades 64 fluchtet mit der Zwischenwand 68 und verhindert jeden Flüssigkeitsaustausch zwischen den beiden Flüssigkeitskammern 70,72. Bekanntlich könnte die Dichtung 73 alternativ auch an der Zwischenwand 68 befestigt sein.
  • Gemäß Figur 3 bilden die gekrümmten Schaufeln 76 zusammen mit der ersten Flüssigkeitskammer 70 eine Zentrifugalpumpe mit hohem Fördervolumen und niedrigem Förderdruck, während die Radialschaufeln 80 in Verbindung mit der zweiten Flüssigkeitskammer 72 eine Turbinenpumpe mit niedrigem Fördervolumen, aber hohem Förderdruck bilden. Diese Schaufelgestaltung ist nicht absolut notwendig jedoch zweckmäßig, da der Kühlwassermantel der Maschine 12 verhältnismäßig große Durchflußquerschnitte aufweist, denen gegenüber die Durchflußquerschnitte des Wärmetauschers 52 vergleichsweise eng sind. Daher erfordert der Wärmetauscher 52 einen höheren Druck für die durchströmende Kühlflüssigkeit als der Wassermantel für das ihn durchströmende Kühlmittel. Es ist jedoch zu beachten, daß die erste und zweite Flüssigkeitskammer 70, 72 gleiche Größe aufweisen können, und daß die Schaufeln des Flügelrades 64 eine ähnliche oder unterschiedliche Gestaltung aufweisen können je nach Verwendung der Pumpe 22. So können beispielsweise die Schaufeln auf beiden Seiten des Flügelrades 64 gekrümmt sein.
  • Die Flüssigkeitskühlung 10 sowie die Pumpe 22 der Erfindung arbeiten bei einem mit einem Abgasturbolader ausgestatteten Mehrzylinder-Diesel, der auf seine normale Betriebstemperatur gebracht worden ist, theoretisch wie folgt: Der Abgasturbolader 34 saugt über die Ansaugleitung 46 aus der Atmosphäre Luft mit einer Temperatur von etwa 38° C und einem Druck von etwa 1 kgjcm2 an. Durch die Verdichtung der Luft steigen die Temperatur auf etwa 177° C und der Druck auf etwa 1,76 kg/cm2 an, bevor die Luft den Luft-Flüssigkeit-Zwischenkühler 52 durchströmt. Das in dem zweiten Kühlmittelkreislauf zirkulierende Kühlmittel weist eine Temperatur von etwa 60° C und einen Druck von etwa 2,11 kg/cm2 auf; es passiert die Windungen des Zwischenkühlers 52 und wird dabei auf eine Temperatur von etwa 65,5° C erwärmt, während die Temperatur der angesaugten Luft auf etwa 80° C abgesenkt wird. Gleichzeitig verläßt das Kühlmittel in dem ersten Kühlmittelkreislauf den Radiator 18 mit etwa 93° C und einem Druck von etwa 1,05 kg/cm2 und wird durch den Kühlwassermantel der Maschine 12 gepumpt, wo die Temperatur des Kühlmittels auf ca. 99° C ansteigt. Die Kühlmittel beider Kühlmittelkreisläufe werden in die ihnen zugeordneten Radiatoren 18 bzw. 48 zurückgeleitet, wo das Kühlmittel durch die vorbeistreichende Luft heruntergekühlt wird, bevor es erneut durch das System 10 zirkuliert.
  • Vorstehenden Erläuterungen entnimmt ein Durchschnittsfachmann zahlreiche Möglichkeiten für Alternativlösungen, Modifikationen und Variationen der Erfindung, die alle durch die Patentansprüche erfaßt sein sollen.

Claims (19)

1. Flüssigkeitskühlung (10) für eine Maschine (12), bestehend aus
- einer ersten Kühleinrichtung zur Kühlung der Maschine (12);
- einem ersten Radiator (18), der mit der ersten Kühleinrichtung flüssigkeitsaustauschend verbunden ist;
- einer zweiten Kühleinrichtung (52) zur Kühlung der von der Maschine (12) angesaugten Luft;
- einem zweiten Radiator (48), der mit der zweiten Kühleinrichtung (52) flüssigkeitsaustauschend verbunden ist; und
- einem Pumpensystem zur Flüssigkeitszirkulation zwischen erstem Radiator (18) und erster Kühleinrichtung sowie zwischen zweitem Radiator (48) und zweiter Kühleinrichtung (52);

dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpensystem aus einer einzigen Pumpe (22) besteht, deren Gehäuse (62) zusammen mit einem in diesem Gehäuse umlaufenden Flügelrad (64) eine erste (70) und eine zweite (72) Flüssigkeitskammer bildet, die voneinander unabhängig sind.
2. Flüssigkeitskühlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Flüssigkeitskammer (70) mit der ersten Kühleinrichtung und die zweite Flüssigkeitskammer (72) mit der zweiten Kühleinrichtung (52) in Verbindung stehen.
3. Flüssigkeitskühlung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kühlmittelkreisläufe (18 - 30; 48 - 60) geschlossen ausgebildet sind.
4. Flüssigkeitskühlung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Kühlmittelkreislauf (18 - 30) für die erste Flüssigkeitskammer (70) ein erster Einlaß (21) sowie ein erster Auslaß (23) und im zweiten Kühlmittelkreislauf (48 - 60) für die zweite Flüssigkeitskammer (72) ein zweiter Einlaß (56) sowie ein zweiter Auslaß (58) vorgesehen sind.
5. Flüssigkeitskühlung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ein- und Auslaß (21,23) den ersten Radiator (18) mit der ersten Flüssigkeitskammer (70) und diese mit der ersten Kühleinrichtung verbinden, während der zweite Ein- und Auslaß (56,58) den zweiten Radiator (48) mit der zweiten Flüssigkeitskammer (72) und diese mit der zweiten Kühleinrichtung (52) verbinden.
6. Flüssigkeitskühlung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Flüssigkeitskammern (70,72) unterschiedliche Größe aufweisen.
7. Flüssigkeitskühlung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Flüssigkeitskammer (70) größer ist als die zweite Flüssigkeitskammer (72).
8. Flüssigkeitskühlung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kühleinrichtung (52) ein Luft-Flüssigkeit-Zwischenkühler ist.
9. Flüssigkeitskühlung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelrad (64) auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten eine Vielzahl von Schaufeln (76,80) aufweist, die die Kühlflüssigkeit durch die beiden Flüssigkeitskammern (70,72) treiben.
10. Flüssigkeitskühlung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (76) auf der einen Seite des Flügelrades (64) gekrümmt sind, während die Schaufeln (80) auf der gegenüberliegenden Seite des Flügelrades radial verlaufen.
11. Flüssigkeitskühlung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Seite des Flügelrades (64) als Zentrifugalpumpe (70,76), die andere Flügelradseite hingegen als Turbinenpumpe (72,80) arbeitet.
12. Flüssigkeitskühlung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifugalpumpe (70,76) eine Pumpe mit hohem Fördervolumen, niedrigem Förderdruck und zentrisch axialem Zufluß ist, während die Turbinenpumpe (72,80) eine Pumpe mit niedrigem Fördervolumen, hohem Förderdruck und einem Zufluß etwa am äußeren Umfang ist.
13. Flüssigkeitskühlung nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelrad (64) eine die beiden Schaufelgruppen (76,80) voneinander trennende scheibenförmige Wandung (78) aufweist, die mit einer Umfangsdichtung (73) versehen ist, die zusammen mit dem Pumpengehäuse (62) die beiden ringförmigen Flüssigkeitskammern (70,72) voneinander trennt.
14.Kreiselpumpe (22), insbesondere für eine Flüssigkeitskühlung(0) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus
- einem Pumpengehäuse (62);
- einem in diesem Pumpengehäuse umlaufenden Flügelrad (64);
- zwei Schaufelsätzen (76,80), die auf sich gegenüberliegenden Seiten einer scheibenförmigen Wandung (78) des Flügelrades (64) angeordnet sind und in einer vom Pumpengehäuse(62) gebildeten Flüssigkeitskammer (70,72) umlaufen, wobei jeder der beiden Schaufelsätze (76,80) eine eigene Pumpeneinheit bildet;
- einem ersten und zweiten Einlaß (21,56), die jeweils einen Kühlflüssigkeitsstrom dem ersten bzw. zweiten Schaufelsatz (76,80) zuführen, und aus
- einem Auslaß (23,58) für die Kühlflüssigkeit;

dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelrad (64) mit seiner scheibenförmigen Wandung (78) die Flüssigkeitskammer in separate erste und zweite, voneinander unabhängige Flüssigkeitskammern (70,72) unterteilt, an die jeweils ein erster bzw. zweiter Auslaß (23,58) für die Kühlflüssigkeit angeschlossen sind.
15.Kreiselpumpe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (76) auf der einen Seite des Flügelrades (64) gekrümmt sind, während die Schaufeln (80) auf der gegenüberliegenden Seite des Flügelrades radial verlaufen.
16.Kreiselpumpe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Schaufeln (76) des Flügelrades (64) zusammen mit dem Gehäuse (62) eine Zentrifugalpumpe, die Radialschaufeln (80) hingegen zusammen mit dem Gehäuse eine Turbinenpumpe bilden.
17.Kreiselpumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifugalpumpe (70,76) eine Pumpe mit hohem Fördervolumen, niedrigem Förderdruck und zentrisch axialem Zufluß ist, während die Turbinenpumpe (72,80) eine Pumpe mit niedrigem Fördervolumen, hohem Förderdruck und einem Zufluß etwa am äußeren Umfang ist.
18. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Flüssigkeitskammern (70,72) unterschiedliche Größe aufweisen.
19. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die scheibenförmige Wandung (78) mit einer Umfangsdichtung (73) versehen ist, die zusammen mit dem Pumpengehäuse (62) die beiden ringförmigen Flüssigkeitskammern (70,72) voneinander trennt.
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