EP0100917A1 - Kühlkreislauf für Brennkraftmaschinen - Google Patents

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EP0100917A1
EP0100917A1 EP83106971A EP83106971A EP0100917A1 EP 0100917 A1 EP0100917 A1 EP 0100917A1 EP 83106971 A EP83106971 A EP 83106971A EP 83106971 A EP83106971 A EP 83106971A EP 0100917 A1 EP0100917 A1 EP 0100917A1
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EP
European Patent Office
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coolant
pressure
relief valve
cooling circuit
pressure relief
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EP83106971A
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English (en)
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EP0100917B1 (de
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Erwin Dipl.-Ing. Schweiger
Erwin Dipl.-Ing. Starmühler
Axel Dipl.-Ing. Temmesfeld
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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    • F01P11/02—Liquid-coolant filling, overflow, venting, or draining devices
    • F01P11/0204—Filling
    • F01P11/0209—Closure caps
    • F01P11/0247—Safety; Locking against opening
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01P11/0204—Filling
    • F01P11/0209—Closure caps
    • F01P11/0238—Closure caps with overpressure valves or vent valves
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    • F01P11/028—Deaeration devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01P11/02—Liquid-coolant filling, overflow, venting, or draining devices
    • F01P11/0204—Filling
    • F01P11/0209—Closure caps
    • F01P11/0247—Safety; Locking against opening
    • F01P2011/0266—Safety; Locking against opening activated by pressure

Definitions

  • the invention relates to a cooling circuit according to the design of claim 1.
  • cooling circuits of this type it is customary to arrange a pressure relief valve and a vacuum valve in the filler cap.
  • pressure relief valves with an opening value of approx. 0.8 to 1.5 bar overpressure are used.
  • the filler cap and the pressure relief valves are arranged either in the flow or return of the cooling circuit, for example shortly after exiting the machine's cooling jacket and after the cooler valve of a thermostat arranged there, in the flow line itself, in the flow or return water tank of vertical or cross flow -Coolers or also in an expansion tank which absorbs the thermal expansion of the coolant with an air cushion or serves for air collection and separation with a bypass flow and filling connection line to the suction side of the coolant pump.
  • the arrangement of the pressure relief valve in the flow area of the cooling circuit results in the operation of the machine with the highest delivery rate of the coolant pump and thus the highest pressure difference between the suction side of the coolant pump and the connection point of the pressure relief valve a regular decrease in the coolant pressure on the suction side of the coolant pump to the boiling pressure of the coolant.
  • a further pressure drop is not possible due to physical laws, because at least the proportion of water in the coolant changes to steam when the pressure drops to boiling pressure, which is sufficient to establish an equilibrium state between liquid and vaporous parts at boiling pressure.
  • the overpressure on the suction side of the coolant pump always lies with sufficient certainty above the boiling pressure of the coolant, so that vapor bubbles form on the suction side and largely also cavitation within the coolant pump excluded are.
  • an at least brief drop in engine speed occurs, in particular until idling, after the opening value of the pressure relief valve has been reached, there is both a drop in the flow pressure and an increase in the pressure drop on the pump suction side.
  • the pressure on the suction side of the coolant pump also drops by a corresponding value up to the boiling pressure of the coolant at the given coolant temperature.
  • This functional sequence there is no security against boiling on the suction side of the coolant pump and cavitation in the coolant pump even after this one-time drop in the engine speed even with this arrangement and dimensioning of the pressure relief valve.
  • due to the lower pressure and the resulting reduced delivery capacity of the coolant pump there is also increased vapor bubble formation at the hottest points of the machine's cooling jacket, especially in the cylinder head.
  • the heat transfer to the coolant is impaired by an insulating vapor boundary layer and the efficiency of the cooling as a whole is reduced.
  • the reduced heat transfer to the environment due to the lower flow velocity in the cooler also contributes to this.
  • the object of the invention is to design a cooling circuit for internal combustion engines so that a drop in pressure on the suction side of the coolant pump to the boiling pressure is avoided and an excessively high pressure build-up in the flow area, in particular in the flow water box of the cooler, is excluded. Rather, with a clear limitation of both pressure values downwards and upwards, a cooling circuit is to be created which has a largely constant high efficiency over the entire working range.
  • the invention solves this problem by arranging and dimensioning the pressure relief valve according to the characterizing part of claim 1. In this way it is ensured that the pressure on the suction side of the coolant pump does not drop to the boiling pressure of the coolant at the maximum permissible coolant temperature at this point and that at the same time the pressure in the flow area of the cooling circuit does not reach higher values than has hitherto been the case with known cooling circuits.
  • the features of claim 2 provide values of the pressure relief valve, which are adapted to the usual dimensions of cooling circuits.
  • the arrangement of the pressure relief valve according to claim 3 results in connection with the pressure drop at the outlet of the cooling jacket of the machine Advantage that during the operation of the machine, the pressure curve of the coolant is within the usual limits, but that after the machine has been switched off for the post-heating process by the temperature compensation between the components and the coolant, an overpressure which is higher by the mentioned pressure drop is available to avoid re-boiling stands. Since only a static pressure load of the cooling circuit occurs, this is within the usual limits.
  • the feature of claim 4 enables a separate arrangement of the pressure relief valve from its connection point, whereby the pressure relief valve is independent in its arrangement of the location of the pressure to be controlled and also the control is made possible at a location with coolant pressure deviating from the control pressure.
  • the features of claims 5 and 6 result in the design of the control line of the pressure relief valve at the same time as an outflow line for the coolant to be deactivated and as a vent line for the cooling circuit.
  • claims 7 to 9 show advantageous structural designs for combining different components of the cooling circuit on a filler neck, thereby reducing the construction costs of the cooling circuit.
  • the features of claim 9 result in a summary of all the control elements provided for the pressure control and the level display in the cooling circuit.
  • the features of claim 10 include the arrangement, ing and dimensioning of a further pressure relief valve, which ensures that at low engine speeds and thereby pump delivery rates, a lower overpressure is built up in the entire cooling circuit than is determined by the pressure relief valve according to claim 1. On the one hand, this reduces the pressure load on the cooling circuit during partial load operation of the machine and the venting effect achieved by opening the additional pressure relief valve with pushing out any air that may have accumulated there at a lower pressure without, on the other hand, impairing the advantageous properties of the cooling circuit at low engine speeds or when suddenly increasing to the maximum speed.
  • claims 11 and 12 include a structurally advantageous combination of the two pressure relief valve functions in a double valve according to claim 11 and in a single pressure relief valve controlled by two different overpressure ranges according to claim 12.
  • claim 13 enable a tuning of the single valve in the same way as is possible with the separate pressure relief valves according to claims 10 and 11, in such a way that either the same overpressure is defined as the maximum pressure either in the flow and on the pump suction side or a higher overpressure is determined on the pump suction side than in the flow and vice versa.
  • the first vote against overcooking when reheating the coolant provides the same static overpressure in the entire cooling circuit as is limited as a dynamic maximum pressure during operation of the machine in the lead.
  • the second tuning results in a higher static pressure than the maximum operating pressure limited during the pre-heating, and the third tuning enables a reverse overpressure ratio, in which the overpressure on the suction side of the coolant pump is set to about the average value that occurs when the Maximum speed when the machine is idling or at a standstill due to the elimination of the pressure difference from the pump delivery rate.
  • claims 14 and 15 contain particularly advantageous constructive designs of the double-actuated pressure relief valve, according to claim 15 also in connection with a bypass expansion tank with an expansion air space, such that only portions of the air space through the pressure relief valve and the vacuum valve -Contents are fed in and out and that the ventilation bypass flow is introduced as a ventilation vortex into the expansion tank in order to effectively separate air residues distributed in the cooling circuit from the coolant.
  • the features of claim 16 provide a lesson for coordinating the elasticity of the cooling circuit and the pressure profile of the coolant over the change in temperature, whereby with a suitable choice of elastic line parts, such as hose lines, and / or elastically flexible cavity walls, such as spring-loaded or gas-cushioned pistons or membranes, when the coolant temperature drops below the boiling pressure due to the relatively faster pressure drop in relatively rigid walls can be ruled out.
  • elastic line parts such as hose lines
  • elastically flexible cavity walls such as spring-loaded or gas-cushioned pistons or membranes
  • claims 17 and 18 complicate or prevent the opening of the filler cap in the event of overpressure in the cooling circuit, thereby making it both functional and immediate subsequent operation disadvantageous reduction of the overpressure and scalding of the handling person by escaping coolant is largely excluded.
  • An internal combustion engine 1 contains a cooling jacket indicated by an arrow 2, into which the coolant is conveyed under pressure by means of a coolant pump 3.
  • a flow 5 is connected as a line connection with a free passage to a cooler 6.
  • the lead 5 opens into a cooler-Vor running water tank 7.
  • a short circuit 8 branches off from the flow 5 and opens into a mixing thermostat 9, this opening being controlled by a short circuit valve 10 of the mixing thermostat 9.
  • a line forming the return 12 from the cooler 6 likewise leads into the mixing thermostat 9, which contains a cooler valve 13 for controlling the mouth of the return 12.
  • a suction line 15 opens from a mixing chamber 14 of the mixing thermostat 9 and opens into the suction side 16 of the coolant pump 3.
  • a pressure relief valve 17 is arranged on the cooler flow water tank 7 and is connected by means of an outflow line 18 to an expansion tank 19 which is open to the atmosphere and is equipped with a slotted sealing disk 19 'in its filling opening to prevent evaporation of the coolant.
  • the pressure relief valve 17 can alternatively (17 ′ or 17 ′′) be connected to the feed line 5 or to the cooling jacket 2 of the machine 1.
  • the expansion tank 19 with the suction side 16 of the coolant pump 3 is connected via a suction line 20 and a vacuum valve 21, which preferably acts as a non-return valve While the outflow line 18 can alternatively (18 ') also be connected to the upper region of the interior of the expansion tank 19, the after-suction line 20 opens out from the interior of the expansion tank 19 near the floor.
  • the outflow line 18 can also be separated (18 ") open into the expansion tank 19 near the bottom thereof.
  • the vacuum valve 21 is combined with a filler neck 21 'to form a structural unit.
  • the outflow line 18 is connected to a vent valve 22, which is opened by its design as a sniffing, non-return or float valve or the like when air and a pressureless cooling circuit are applied by the action of gravity.
  • this vent valve 22 is at the high point the cooler flow water tank 7 of a vertical flow cooler 6, from which the outflow line 18 extends.
  • a cross-flow cooler is even more suitable for this arrangement for the particularly effective ventilation of the cooling circuit, because starting from its cooler flow water tank, starting from the uppermost cooler pipes, only a very small coolant flow is generated in the cooler return water tank, which separates out Air in the area of the vent valve arranged there favors.
  • the vent valve 22 can be designed regardless of its arrangement according to the pressure relief valve 17, 17 'or 17 "as a float valve, the sealing seat surface is matched to the weight of the float so that the float valve opens when air accumulates even if Relatively low overpressure values prevail in the cooling circuit.
  • a further pressure relief valve 24 is arranged in the filler neck 21 '.
  • This further pressure relief valve 24 is effective via the suction line 20 directly on the suction side 16 of the coolant pump 3 and thus on its suction pressure.
  • a vent line 25 opens into the interior of the filler neck 21 'and is located with a throttle 26 for reducing the pressure difference between its connections on the one hand on the supply water tank 7 and on the other hand via the suction line 20 on the suction side 16 of the coolant pump 3.
  • a level float Switch 21 built in, which controls a display circuit when air accumulates in the filler neck 21 ', regardless of whether or not there is an optically recognizable reserve quantity in the expansion tank 19.
  • the cooling circuit is filled with coolant in the filler neck 21 '.
  • the machine 1 fills through the suction line 20 and the coolant pump 3, while at the same time the air contained therein through the supply line 5, the cooler supply water tank 7 and the ventilation line 25 into the filler neck 21 ′ as well as through the open ventilation valve 22 and the outflow line 18 escapes to the atmosphere in the expansion tank 19.
  • the mixing chamber 14 and the open short-circuit valve 10 of the mixing thermostat 9 in the short-circuit 8 also fill up to the cooler valve 13 , which can also be equipped with a conventional ventilation device.
  • the vent valve 22 in the cooler 6 closes the filled cooler flow water tank 7 towards the outflow line 18, while the vent line 25 and the filler supports 21 fill completely.
  • the level float switch 21 "controls an electrical indicator lamp on the fittings of the machine or the vehicle.
  • the expansion tank 19 can be partially filled with an additional reserve quantity. In the case of thermal expansion, this flows through the ambient and cooling circuit Temperature fluctuations and, in particular, due to the operational heating of the part of the coolant which is displaced from the cooling circuit by the pressure relief valves 17, 17 'or 17 "and 24.
  • the expansion tank 19 When operating the internal combustion engine 1, which usually begins with a cold start after prolonged cooling, in which the likewise cooled coolant content of the entire cooling circuit has a certain minimum volume, ent the expansion tank 19 holds a corresponding minimum content.
  • a coolant volume corresponding to the loss of volume flows out of the expansion tank 19 through the suction line 20 and through the vacuum valve 21 and through the coolant pump 3 into the cooling circuit which is otherwise closed on all sides by the pressure valve 17 and which is made up of the cooling jacket 2, the flow 5, the cooler 6, the return line 12, the suction line 15 and the short circuit 8.
  • the content of the expansion tank 19 is dimensioned such that a complete emptying of the expansion tank 19 is largely ruled out at the lowest ambient temperatures customary in the region.
  • the cooling circuit is still functional even if a certain amount of air is sucked into the cooling circuit at exceptionally low ambient temperatures, because due to the volume expansion of the coolant occurring during the warming-up of the machine, this proportion of air returns through the pressure relief valve 17 before the operating temperature is reached the expansion tank 19 is displaced.
  • the switching path of the level float switch 21 "can be adapted to this change in volume but also to a minimum air volume in the filler neck 21 '.
  • the total volume of the expansion tank 19 is finally determined additionally from the total content of the cooling circuit, the highest possible thermal expansion of the coolant in the cooling circuit and an additional holding volume for a possibly overheating-related ejection quantity through the pressure relief valve 17.
  • the first increase in speed immediately leads to the build-up of a delivery head of the coolant pump 3, which on the one hand causes the pump suction pressure to drop below the ambient pressure given before the start in the entire cooling circuit and on the other hand builds up an overpressure in the coolant pump 3 switched cooling circuit sections, cooling jacket 2, flow 5, short circuit 8, cooler 6 and return 12 causes. While this overpressure does not reach the opening pressure value of the overpressure valve 17, the vacuum valve 21, which responds to the slightest pressure difference and the suction line 20 from the expansion tank 19, draws coolant into the cooling circuit until the ambient pressure is reached on the suction side 16 of the coolant pump 3. During this process, the overpressure in the parts of the cooling circuit downstream of the coolant pump 3 simultaneously increases further. The elastic hose lines and any residual air inclusions in this area allow an increase in the volume of coolant contained therein, which is sucked out of the expansion tank 19 during this process.
  • the opening pressure value of the pressure relief valve 17 or the pressure relief valve 24 reached more or less early before or after opening the cooler valve 13 of the mixing thermostat 9.
  • the engine speed is decisive because the delivery head of the coolant pump 3 at low to medium speeds first enables the pressure relief valve 24 to respond, which responds with an overpressure opening value that is just that pressure difference lower than the overpressure opening value of the pressure relief valve 17, which builds up between the standstill of the machine or idling speed and maximum speed at the location of the pressure relief valve 17, 17 'or 17 ".
  • the pressure relief valve 24 responds in each case, which on the suction side 16 of the coolant pump 3 via the non-suction line 20
  • the pressure opening value of the pressure relief valve 17, 17 'or 17 is decisive only in the area of the maximum speed of the machine.
  • the pressure on the suction side 16 of the coolant pump 3 is even substantially below the pressure opening value of the pressure relief valve 24 active there This is due to the suction effect of the coolant pump 3 and the elasticity, above all of the hose lines, distributed over the entire cooling circuit.
  • the pressure differences are very small and, as when the machine 1 is at a standstill, the entire cooling circuit takes on one Overpressure corresponding to the opening value of the relief valve 24.
  • a pressure overload of the cooling circuit components does not exist due to this relatively low, exclusively statically effective overpressure.
  • This higher overpressure is therefore due to a relatively small proportion of the operating time of the machine, in particular when driving vehicles
  • the durability of the cooling circuit components, in particular the cooler and the hose lines, is thereby favored.
  • the negative pressure in the coolant also causes the excess pressure in the cooling circuit to drop. So that the overpressure, especially on the suction side of the coolant pump 3, does not drop below the boiling pressure at the respective temperature of the coolant, the elastic walls of the cooling circuit, in particular the hose lines and a possibly provided ela static gas or air cushion or an elastic piston or membrane spring device, adjusted in its overall elasticity accordingly.
  • the cooling circuit With the start of operation of the machine 1 after the cooling circuit has been filled with coolant, the cooling circuit also begins to be vented automatically from residual air portions which have remained at various points during the filling or during operation, for example through the seals of which are briefly loaded with negative pressure during the cold start Coolant pump 3, get into the cooling circuit. These residual air fractions are flushed with the flow of the coolant from the machine 1 through the free continuous flow 5 into the cooler flow water tank 7, in which only the one determined by the throttle 26 relative to the thermostat 9 during the heating of the machine with the cooler valve 13 closed low ventilation flow.
  • the venting current flows to the filler neck 21 ', which directs the remaining smaller portions of residual air into the filler neck and there upstream of the further pressure relief valve 24.
  • the machine 1 and the coolant are warmed up, and as a result of the thermal expansion and pressure increase of the coolant de r pressure value of about 1.5 bar of this pressure relief valve 24 is reached, this opens and leaves the residual air collected flows through the suction line 20 into the expansion tank 19. This process continues or repeats itself until the heat steady state of the cooling circuit is reached. Venting also occurs when the overpressure opening value of the relief valve 17 is reached in the cooler flow water tank.
  • the overpressure values then largely adapt to one another, so that the overpressure in the filler neck 21 ′ increases approximately to the overpressure opening value of the overpressure valve 24 there.
  • the overpressure opening value of the overpressure valve 24 is exceeded by the corresponding thermal expansion of the coolant.
  • the residual air which may have been upstream in the filler neck 21 ' is discharged into the expansion tank 19 together with a portion of coolant.
  • expansion tank 19 differs at atmospheric pressure and ambient temperature, for.
  • B Engine compartment temperature from vehicles emitting air in the coolant as bubbles or in solution into the atmosphere.
  • a sealing washer 19 'slotted without waste allows air to enter and leave the expansion tank 19 for volume compensation, but prevents constant air movement due to convection flow. This largely prevents evaporation losses in the coolant.
  • FIGS. 2 and 3 largely correspond to that according to FIG. 1 both in structure and in function. Only the two pressure relief valves 17 and 24 are combined in the filler neck 21 'or in the cover 27 of the filler neck 21' of a secondary flow expansion tank 28 with air space 29. Furthermore, the vent valve 22 is omitted, the outflow line 18 is connected to the filler neck 21 ′ or its cover 27 via the pressure relief valve 17 and the throttle 26 ′ in the cover 27 is arranged parallel to the pressure relief valve 17.
  • FIG. 2 shows alternative connections 18 ′ of the outflow line 18 on the flow line 5 and on the cooling jacket 2 in accordance with the alternative arrangements of the pressure relief valve 17 ′ and 17 ′′.
  • the pressure relief valves 17 and 24 in FIG. 2 are in the opposite closing directions of a single valve spring 24
  • the different overpressure opening values of approximately 1.5 or 2 bar are achieved by dimensioning the opening cross sections of the two valves in an inversely proportional manner.
  • the respective connection of the outflow line 18 and the suction line 20 or the alternatively provided steam line in FIG 20 'on the cover 27 takes place via sealed ring grooves 30 and 31 which are arranged between the filler neck 21' and cover 27.
  • the secondary flow expansion tank 28 is alternatively also shown in dashed lines as a filler neck 21 'without an air space 29.
  • the evaporation line 20 'leading to the atmosphere should therefore only be provided in combination with an air space 29, while the expansion tank 19 and the suction line 20 can interact both with a bypass expansion tank 28 without air space 29 and with a filler neck 21' without air space.
  • the pressure relief valve 17 in FIG. 2 has the same function as in FIG. 1. However, in FIG. 2 it is not controlled directly, but rather via the outflow line 18 by the excess pressure in the cooler flow water tank 7.
  • the throttle 26 ' is arranged parallel to the pressure relief valve 17 in the cover 27 such that the pressure drop in the throttle 26' cannot affect the function of the pressure relief valve 17.
  • the outflow line 18 thus also acts as a control line for the pressure relief valve 17 and as a ventilation line for the filling and operating ventilation in the filler neck 21 '.
  • a piston 32 acting as a servomotor is arranged in the cover 27 of the filler neck 21 'instead of a further pressure relief valve 24.
  • the piston 32 is acted upon by the overpressure in the cooler supply water tank 7 through the outflow line 18, which is only effective as a control and ventilation line.
  • a push rod 32 'transmits the control movement of the piston 32 to the pressure relief valve 17.
  • the effective cross sections of the piston 32 and the pressure relief valve 17 are matched with the valve spring 24' of the pressure relief valve 17 such that the pressure relief valve is at about 2 bar overpressure on the suction side 16, for example the coolant pump 3 is opened directly by this overpressure, while it is at about 1 bar overpressure on the suction side 16 and at the same time about 2 bar overpressure in the cooler flow line.
  • Water box 7 is actuated by the predominant compressive force of the piston 32 via the push rod 32 '. In this way, when the machine 1 is at a standstill or idling and thus there is no or only a low delivery head for the coolant pump 3, a static pressure of approximately 2 bar is made available in the entire cooling circuit for the post-heating process with temperature and pressure rise against boiling in the machine.
  • the pressure curve in the cooler flow water tank 7 which is subjected to a relatively high local overpressure is likewise limited to the dynamically effective maximum value of approximately 2 bar.
  • Lower overpressure values occur on the suction side 16 of the coolant pump and at all cooling circuit points which are downstream of the cooler flow water tank 7. With a maximum pressure difference of about 1 bar between the suction side 16 and the cooler flow water tank 7, the overpressure on the suction side 16 does not fall below about 1 bar, so that the boiling pressure falls below the usual maximum temperatures of about 120 ° C. at this point cannot occur.
  • the filler neck 21 ' is designed as a one-piece plastic molded part, to which a hose connection piece 34 and 35 for the outflow line 18 and for the overflow line 20' or suction line 20 are molded.
  • the outflow line 18 opens into a narrower lower cylindrical part 36 of the filler neck inner wall 37, to which an annular groove 38 of the cover 27 which is sealed on both sides is assigned.
  • the overflow or suction line 20 'or 20 opens into a further upper cylindrical part 39, which with an upper space of the cover 27 outside the pressure and vacuum valves 17 and 22nd connected is.
  • the cover 27 is designed as a two-part glued or welded plastic molding. It has in addition to the holes and communication holes for the pressure relief valve 24 with valve spring 24 'and the spring sleeve 4 0, for the piston 32 and the corresponding final section of the effective as a control line discharge line 18 and the negative pressure valve 21 includes a cylindrical air separation chamber 41, close to the a Vent hole 26 "as the corresponding throttle 26 'in Fig. 3 opens tangentially. The resulting gyro flow during operation favors the separation of the residual air carried in the ventilation flow.
  • a locking device 42 is shown schematically, which locks the cover 27 against dangerous opening when there is an overpressure in the cooling circuit. It consists of a locking piston or the like, which holds a locking pin in engagement with a ribbed, toothed or similarly configured area of the inner wall of the filler neck 21 '.
  • the blocking effect increases with increasing overpressure and complicates or prevents inadvertent opening of the cover 27 with an expected hot water or steam leak and with the risk of fire or scalding injuries to the handling person.
  • the locking device 42 consists of a coupling 43 which connects the cover 27 in the absence or low overpressure in the filler neck 21 'with its turning handle 44 and releases this connection from a certain overpressure.
  • the clutch 43 consists of a bow spring 45 which interacts with teeth 46 and 47 on the cover 27 and on the rotary handle 44.
  • a pressure pin 40 'of the spring sleeve 40 of the cover 27 is moved by the action of the excess pressure inside the expansion tank 28 together with the attached inner parts of the cover 27 relative to the filler neck 21' and thereby the clutch 43 by jerky engagement or disengagement Bow spring 45 actuated in or out of the toothing 46.

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Abstract

Kühlkreis für Brennkraftsmaschinen mit einem Überdruck-Ventil (17), das bei voller thermischer Auslastung des Kühlkreises den Druck im Vorlauf (5) auf einen Wert begrenzt, bei dem der Druck an der Saugseite (16) der Kühlmittelpumpe (3) auch bei voller Förderhöhe der Kühlmittelpumpe stets über dem Siededruck des Kühlmittels liegt. Dadurch und durch die im Füllstutzen (21') bzw. dessen Deckel (27) zentrale Anordnung weiterer Über-und Unterdruckventile (24 bzw. 21), einer Drossel (26') für eine Entlüftungsströmung, eines Niveau-Schwimmer-Schalters (21") für die Füllstandsanzeige im Kühlkreis und einer Sperrvorrichtung (42) gegen Öffnen des unter Druck stehenden Deckels (27) wird sowohl der Wirkungsgrad der Kühlungsfunktion verbessert als auch der bauliche Aufwand am Kühlkreis vermindert.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kühlkreis gemäß der Bauart des Patentanspruches 1. Bei Kühlkreisen dieser Bauart ist es üblich im Füllverschlußdeckel ein Überdruckventil und ein Unterdruckventil anzuordnen. Zur Nutzung einer Arbeitstemperatur des aus Wasser, Gefrierschutz und Korrosionsschutz zusammengesetzten Kühlmittels, die über der Siedetemperatur bei Atmosphäre liegt, werden Überdruckventile mit einem öffnungswert von ca. 0,8 bis 1,5 bar Überdruck verwendet. Die Füllverschlußdeckel und die Überdruckventile sind entweder im Vorlauf oder im Rücklauf des Kühlkreises angeordnet, beispielsweise kurz nach dem Austritt aus dem Kühlmantel der Maschine und nach dem dort angeordneten Kühlerventil eines Thermostats, in der Vorlaufleitung selbst, im Vorlauf- oder Rücklaufwasserkasten von Vertikal- oder Querstrom-Kühlern oder auch in einem die Wärmedehnung des Kühlmittels mit einem Luftpolster aufnehmenden bzw. zur Luftsammlung und -Ausscheidung dienenden Ausgleichsbehälter mit einer Nebenstrom- und Befüllverbindungsleitung zur Saugseite der Kühlmittelpumpe.
  • Bei der Anordnung des überdruckventiles im Vorlaufbereich des Kühlkreises ergibt sich beim Betrieb der Maschine mit höchster Förderleistung der Kühlmittelpumpe und damit höchster Druckdifferenz zwischen der Saugseite der Kühlmittelpumpe und der Anschlußstelle des überdruckventiles regelmäßig ein Absinken des Kühlmitteldruckes an der Saugseite der Kühlmittelpumpe auf den Siededruck des Kühlmittels. Aus physikalischen Gesetzmäßigkeiten ist ein weitergehender Druckabfall nicht möglich, weil zumindest der Anteil an Wasser im Kühlmittel bei Absinken auf den Siededruck zu einem solchen Teil in Dampf übergeht, der dazu ausreicht, um einen Gleichgewichtszustand zwischen flüssigen und dampfförmigen Teilen bei Siededruck einzustellen. Die dabei von der Kühlmittelpumpe angesaugten Dampfblasen kondensieren zwar aufgrund des Druckanstieges in der Pumpe wiederum, jedoch wird die Förderleistung der Kühlmittelpumpe um das angesaugte Volumen des entstandenen Dampfes verringert und in der Pumpe selbst tritt durch das schlagartige Zusammenfallen der Dampfblasen Kavitation mit seinen bekannten Auswirkungen auf die Pumpenlebensdauer ein. einem ca. 1-bar- - Bei der Anordnung des Füllverschlußdeckels mit/Überdruckventil im Druckbereich der Saugseite der Kühlmittelpumpe ergibt sich zwar im Kühlkreis ein um die Druckdifferenz zwischen den verschiedenen Anordnungen höher liegender Druck auch an der Saugseite der Kühlmittelpumpe. Dieser Druck stimmt dabei äußerstens mit dem öffnungswert des überdruckventiles unmittelbar überein. Bei stetiger Erwärmung des Kühlmittels und stetigem Ansteigen der Förderleistung der Kühlmittelpumpe durch stetiges Ansteigen der Motordrehzahl liegt hierbei der Überdruck an der Saugseite der Kühlmittelpumpe auch stets mit ausreichender Sicherheit über dem Siededruck des Kühlmittels, so daß Dampfblasenbildung an der Saugseite und weitestgehend auch Kavitation innerhalb der Kühlmittelpumpe ausgeschlossen sind. Sobald jedoch nach dem Erreichen des öffnungswertes des Überdruckventiles ein mindestens kurzzeitiger Abfall der Motordrehzahl, insbesondere bis zum Leerlauf, auftritt, ergibt sich sowohl ein Abfall des Vorlaufdruckes als auch ein Anstieg des überdruckes an der Pumpensaugseite. Da an letzterer der Öffnungswert des Überdruckventiles jedoch bereits erreicht war, wird dort ein solcher Volumenanteil des Kühlmittels oder des im Ausgleichsbehälter befindlichen Luftpolsters durch das Überdruckventil ausgeworfen, daß sich im gesamten Kühlkreis nach dem Gesetz der kommunizierenden Gefäße der Überdruck gemäß dem öffnungswert des überdruckventiles einstellt. Zwischen der Saugseite der Kühlmittelpumpe und ihrer Druckseite besteht nämlich bei Leerlaufdrehzahl regelmäßig nur eine geringe Druckdifferenz, die bei dieser Betrachtung vernachlässigt werden kann. Wird nun anschließend die Motordrehzahl wiederum auf den vorhergehenden Höchstwert gebracht, so steigt der Druck im Vorlaufbereich um einen derart verringerten Anteil, der dem am Überdruckventil ausgetretenen Volumensteil entspricht. Der Druck an der Saugseite der Kühlmittelpumpe fällt dabei zugleich um einen dementsprechenden Wert bis zum Siededruck des Kühlmittels bei der gegebenen Kühlmitteltemperatur ab. Durch diesen Funktionsablauf ist nach einem einmaligen Abfall der Motordrehzahl auch bei dieser Anordnung und Bemessung des Überdruckventiles keine Sicherheit gegen Sieden an der Saugseite der Kühlmittelpumpe und Kavitation in der Kühlmittelpumpe gegeben. Darüber hinaus tritt durch den geringeren Druck und die dadurch verringerte Förderleistung der Kühlmittelpumpe auch eine verstärkte Dampfblasenbildung an den heißesten Stellen des Kühlmantels der Maschine auf, vor allem im Zylinderkopf. Dadurch wird der Wärmeübergang auf das Kühlmittel durch eine isolierende Dampfgrenzschicht beeinträchtigt und der Wirkungsgrad der Kühlung als ganzes verringert. Hierzu trägt schließlich auch noch der durch die geringere Strömungsgeschwindigkeit im Kühler auftretende verringerte Wärmeübergang an die Umgebung bei.
  • Bei Kühlkreisen, bei denen ein Überdruckventil mit einem Öffnungswert von etwa 1,5 bar Überdruck an der Saugseite der Kühlmittelpumpe zur Wirkung kommt, wie dies insbesondere an Sport- und Rennmotoren zur Anwendung kommt, treten zwar auch bei dem vorbeschriebenen Funktionsablauf keine Einbußen am Wirkungsgrad der Kühlung ein, jedoch baut sich bei diesem Öffnungsdruckwert des Überdruckventiles beim ebenfalls vorbeschriebenen ersten Erwärmen des Kühlmittels und Ansteigen der Motordrehzahl im Vorlaufbereich des Kühlkreises ein weit über die Dauerhaltbarkeitsgrenze üblicher Kühler liegender Überdruck auf. Aus einem Überdruck von etwa 1,5 bar an der Pumpensaugseite ergibt sich nämlich bei einer Druckdifferenz zum Vorlaufbereich von etwa 1 bis 1,5 bar ein Überdruck im Vorlaufbereich von etwa 2,5 bis 3 bar.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kühlkreis für Brennkraftmaschinen so auszubilden, daß sowoh ein Abfallen des Druckes an der Saugseite der Kühlmittelpumpe auf den Siededruck vermieden wird als auch ein übermäßig hoher Druckaufbau im Vorlaufbereich, insbesondere im Vorlauf-Wasserkasten des Kühlers, ausgeschlossen wird. Vielmehr soll bei eindeutiger Begrenzung beider Druckwerte nach unten und nach oben ein Kühlkreis geschaffen werden, der über den gesamten Arbeitsbereich einen weitgehend gleichbleibend hohen Wirkungsgrad aufweist.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Anordnung und Bemessung des Überdruckventiles gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß der Druck an der Saugseite der Kühlmittelpumpe nicht auf den Siededruck des Kühlmittels bei der höchstzulässigen Kühlmitteltemperatur an dieser Stelle abfällt und daß zugleich der Druck im Vorlaufbereich des Kühlkreises keine höheren Werte erreicht als dies bisher schon üblicherweise bei bekannten Kühlkreisen der Fall ist.
  • Die Merkmale des Anspruches 2 sehen Werte des Überdruckventiles vor, die den bisher üblichen Bemessungen von Kühlkreisen angepaßt sind. Die Anordnung des Überdruckventiles nach Anspruch 3 ergibt im Zusammenhang mit dem Druckabfall am Austritt des Kühlmantels der Maschine den Vorteil, daß während des Betriebes der Maschine der Druckverlauf des Kühlmittels in üblichen Grenzen liegt, daß jedoch nach dem Abstellen der Maschine für den Nachheizvorgang durch den Temperaturausgleich zwischen den Bauteilen und dem Kühlmittel ein um den genannten Druckabfall höher liegender überdruck zum Vermeiden eines Nachkochens zur Verfügung steht. Da dabei lediglich eine statische Druckbelastung des Kühlkreises auftritt, hält sich diese in den üblichen Grenzen.
  • Das Merkmal des Anspruches 4 ermöglicht eine getrennte Anordnung des Überdruckventiles von seiner Anschlußstelle, wodurch das Überdruckventil in seiner Anordnung von der Stelle des abzusteuernden Druckes unabhängig ist und auch das Absteuern an einer Stelle mit vom Steuerdruck abweichendem Kühlmitteldruck ermöglicht wird. Die Merkmale der Ansprüche 5 und 6 ergeben die Ausbildung der Steuerleitung des überdruckventiles zugleich als Abströmleitung für das abzusteuernde Kühlmittel und als Entlüftungsleitung für den Kühlkreis.
  • Die Merkmale der Ansprüche 7 bis 9 zeigen vorteilhafte konstruktive Ausbildungen zum Zusammenfassen verschiedener Bauteile des Kühlkreises an einem Füllstutzen auf, wodurch der Bauaufwand des Kühlkreises verringert wird. Dabei ergeben die Merkmale des Anspruches 9 eine Zusammenfassung aller für die Drucksteuerung und die Niveauanzeige im Kühlkreis vorgesehenen Steuerelemente.
  • Die Merkmale des Anspruches 10 beinhalten die Anordn,ing und Bemessung eines weiteren überdruckventiles, das gewährleistet, daß bei niedrigen Motordrehzahlen und dadurch Pumpenförderleistungen im gesamten Kühlkreis ein geringerer Überdruck aufgebaut wird, als er durch das überdruckventil nach Anspruch 1 bestimmt wird. Dadurch wird einerseits die Druckbelastung des Kühlkreises bei Teillastbetrieb der Maschine verringert und die Entlüftungswirkung durch öffnen des weiteren Überdruckventiles mit Ausschieben von evtl. dort angesammelter Luft bei geringerem Druck erreicht, ohne daß andererseits bei niedrigen Motordrehzahlen oder bei plötzlichem Anstieg auf Höchstdrehzahl die vorteilhaften Eigenschaften des Kühlkreises beeinträchtigt werden.
  • Die Merkmale der Ansprüche 11 und 12 beinhalten eine baulich vorteilhafte Zusammenfassung der beiden Überdruckventil-Funktionen in einem Doppelventil gemäß Anspruch 11 und in einem einzigen durch zwei verschiedene Überdruckbereiche angesteuerten Überdruckventil gemäß Anspruch 12.
  • Die Merkmale des Anspruches 13 ermöglichen ein Abstimmen des einzigen Ventiles in gleicher Weise wie dies bei den getrennten Überdruckventilen nach den Ansprüchen 10 und 11 möglich ist, und zwar derart, daß wahlweise entweder im Vorlauf und an der Pumpensaugseite der gleiche Überdruck als Höchstdruck festgelegt wird oder an der Pumpensaugseite ein höherer Überdruck bestimmt wird als im Vorlauf und umgekehrt. Die erste Abstimmung stellt gegen ein überkochen beim Nachheizen des Kühlmittels den gleichen statischen Überdruck im gesamten Kühlkreis zur Verfügung, wie er während des Betriebes der Maschine im Vorlauf als dynamischer Höchstdruck begrenzt ist. Die zweite Abstimmung bewirkt beim Nachheizen einen höheren statischen Druck als den im Vorlauf begrenzten Betriebs-Höchstdruck, und die dritte Abstimmung ermöglicht ein umgekehrtes Überdruckverhältnis, bei dem der Überdruck an der Saugseite der Kühlmittelpumpe auf denjenigen etwa mittleren Wert eingestellt wird, der sich beim Abfallen von Höchstdrehzahl auf Leerlauf oder Stillstand der Maschine durch den Entfall der Druckdifferenz aus der Pumpenförderleistung ergibt. Dadurch entfällt bei Drehzahlwechsel ein jeweiliges Ansprechen eines oder beider Überdruckventile mit Auswurf von Kühlmittel und/oder Luft und eines Unterdruckventiles zum Rücksaugen sowie darüber hinaus ein aufgrund der Drosselwirkung derartiger Ventile auftretendes überschwingen des Überdruckes im Vorlauf mit Drucküberlastung des Kühlers. Vor allem wird auch bei niedrigen bis mittleren Drehzahlen der Maschine ein unnötig hoher Druckaufbau vermieden, zumal der dabei sich einstellende niedrigste Überdruck an der Pumpensaugseite noch stets erheblich über dem Siededruck des Kühlmittels liegt. Schließlich wird auch noch gewährleistet, daß bei relativ geringem überdruck ein Entlüften des Kühlmittels im Druckbereich der Saugseite der Kühlmittelpumpe, also auch bei Kurzstreckenbetrieb von Fahrzeugen mit geringer Last, gewährleistet ist.
  • Die Merkmale der Ansprüche 14 und 15 beinhalten besonders vorteilhafte konstruktive Ausbildungen des zweifach angesteuerten Überdruckventiles, nach Anspruch 15 auch in Verbindung mit einem Nebenstrom-Ausgleichsbehälter mit Aus- - dehnungs-Luftraum, derart, daß durch das Überdruckventil und das Unterdruckventil jeweils nur Anteile des Luftraum-Inhaltes zu- und abgeleitet werden und daß der Entlüftungs-Nebenstrom als Entlüftungswirbel in den Ausgleichs- behälter eingeleitet wird, um im Kühlkreis verteilte Luftreste wirksam aus dem Kühlmittel auszuscheiden.
  • Die Merkmale des Anspruches 16 geben eine Lehre zur Abstimmung von Elastizität des Kühlkreises und Druckverlauf des Kühlmittels über der Temperaturänderung, wodurch bei geeigneter Wahl elastischer Leitungsteile, wie Schlauchleitungen, und/oder elastisch nachgiebiger Hohlraumwandungen, wie feder- oder gaspolster-belasteter Kolben oder Membrane, beim Absinken der Kühlmitteltemperatur ein Unterschreiten des Siededruckes aufgrund des relativ schnelleren Druckabfalles bei relativ starren Wandungen ausgeschlossen werden kann.
  • Die Merkmale der Ansprüche 17 und 18 erschweren bzw. verhindern das öffnen des Füllverschlusses bei Überdruck im Kühlkreis, wodurch sowohl ein funktionell für den unmittelbar nachfolgenden Betrieb nachteiliger Abbau des Überdruckes als auch ein Verbrühen der hantierenden Person durch ausströmendes Kühlmittel weitestgehend ausgeschlossen wird.
  • In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Kühlkreis für Brennkraftmaschinen in schematischer Darstellung mit einem erfindungsgemäßen Überdruckventil im Vorlaufwasserkasten eines Kühlers,
    • Fig. 2 einen Kühlkreis gemäß Fig. 1 mit einem erfindungsgemäßen Überdruckventil in einem an der Saugseite der Kühlmittelpumpe angeschlossenen Füllverschluß,
    • Fig. 3 einen Kühlkreis entsprechend Fig. 1 und 2 mit einem erfindungsgemäßen Überdruckventil, das an der Saugseite der Kühlmittelpumpe angeschlossen, jedoch zusätzlich über einen Stellmotor vom Druck im Vorlauf-Wasserkasten des Kühlers angesteuert wird,
    • Fig. 4 einen Füllstutzen mit im Deckel eingebauten erfindungsgemäßen Ventilen für einen Nebenstrom-Ausgleichsbehälter mit Ausdehnungs-Luftraum gemäß Fig. 3 und
    • Fig. 5 den Querschnitt nach der Linie V-V in Fig. 4.
  • Eine Brennkraftmaschine 1 enthält einen durch einen Pfeil 2 angedeuteten Kühlmantel, in den das Kühlmittel mittels einer Kühlmittelpumpe 3 unter Druck gefördert wird. Am Austritt 4 des Kühlmantels 2 ist ein Vorlauf 5 als Leitungsverbindung mit freiem Durchgang zu einem Kühler 6 angeschlossen. Der Vorlauf 5 mündet in einen Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7. Vom Vorlauf 5 zweigt ein Kurzschluß 8 ab und mündet in einen Mischthermostat 9, wobei diese Mündung durch ein Kurzschlußventil 10 des Mischthermostats 9 gesteuert wird. Von einem Kühler-Rücklauf-Wasserkasten 11 führt eine den Rücklauf 12 aus dem Kühler 6 bildende Leitung gleichfalls in den Mischthermostat 9, der ein Kühlerventil 13 für die Steuerung der Einmündung des Rücklaufes 12 enthält. Von einer Mischkammer 14 des Mischthermostats 9 mündet eine Saugleitung 15 aus und mündet in die Saugseite 16 der Kühlmittelpumpe 3.
  • Am Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7 ist ein Überdruckventil 17 angeordnet, das mittels einer Abströmleitung 18 mit einem zur Atmosphäre offenen Ausgleichs-behälter 19 verbunden ist, der gegen Verdunsten des Kühlmittels in seiner Befüll-öffnung mit einer geschlitzten Dichtscheibe 19' ausgestattet ist. Das Überdruckventil 17 kann alternativ (17' bzw. 17") am Vorlauf 5 oder am Kühlmantel 2 der Maschine 1 angeschlossen sein. über eine Nachsaugleitung 20 und ein bevorzugt als Rückschlagventil drucklos ansprechendes Unterdruckventil 21 ist der Ausgleichsbehälter 19 mit der Saugseite 16 der Kühlmittelpumpe 3 verbunden. Während die Abströmleitung 18 alternativ (18') auch mit dem oberen Bereich des Innenraums des Ausgleichsbehälters 19 verbunden sein kann, mündet die Nachsaugleitung 20 in Bodennähe aus dem Innenraum des Ausgleichsbehälters 19 aus. Die Abströmleitung 18 kann schließlich auch gesondert (18") in Bodennähe des Ausgleichsbehälters 19 in diesen einmünden. Das Unterdruckventil 21 ist mit einem Füllstutzen 21' zu einer Baueinheit vereinigt.
  • Parallel zum Überdruckventil 17, 17' bzw. 17" ist der Abströmleitung 18 ein Entlüftungsventil 22 zugeschaltet, das durch seine Ausbildung als Schnüffel-, Rückschlag- oder Schwimmer-Ventil oder dgl. bei Anlage von Luft und drucklosem Kühlkreis durch Schwerkrafteinwirkung geöffnet ist.
  • Nach Fig. 1 ist dieses Entlüftungsventil 22 am Hochpunkt des Kühler-Vorlauf-Wasserkastens 7 eines Vertikalstromkühlers 6 angeordnet, von dem die Abströmleitung 18 ausgeht. Ein Querstromkühler ist für diese Anordnung zur besonders wirksamen Entlüftung des Kühlkreises aus dem Grunde noch besser geeignet, weil von seinem Kühler-Vorlauf-Wasserkasten ausgehend durch die obersten Kühlerrohre nur eine sehr geringe Kühlmittelströmung im Kühler-Rücklauf-Wasserkasten erzeugt wird, die ein Abscheiden von Luft im Bereich des dort angeordneten Entlüftungsventiles begünstigt. Das Entlüftungsventil 22 kann unabhängig von seiner Anordnung entsprechend dem Überdruckventil 17, 17' bzw. 17" auch als Schwimmerventil ausgebildet sein, dessen Dichtsitz-Fläche mit dem Eigengewicht des Schwimmers so abgestimmt ist, daß das Schwimmerventil bei Ansammlung von Luft auch dann öffnet, wenn im Kühlkreis relativ niedrige überdruckwerte herrschen. Dadurch ist eine Entlüftung des Kühlkreises auch noch während des Betriebes der Maschine mit relativ niedriger Last gewährleistet. Ein dichtes Abschließen des Kühlkreises bei erreichter Entlüftung ist auch hierbei gewährleistet, so daß außer nach einem Neubefüllen des Kühlkreises oder nach einem sonstigen selbsttätigen Entlüften das Entlüftungsventil 22 ständig dicht verschlossen ist. Ein oder mehrere relativ großflächige Feinsiebe 23 vermeiden zusätzlich ein durch vom Kühlmittel mitgerissene Schmutzteilchen verursachtes Undichtwerden der Ventile.
  • Im Füllstutzen 21' ist neben dem Unterdruckventil 21 ein weiteres Überdruckventil 24 angeordnet. Dieses weitere Überdruckventil 24 ist über die Nachsaugleitung 20 unmittelbar an der Saugseite 16 der Kühlmittelpumpe 3 und damit an deren Saugdruck wirksam. In den Innenraum des Füllstutzens 21' mündet eine Entlüftungsleitung 25, die mit einer Drossel 26 zum Abbau der Druckdifferenz zwischen ihren Anschlüssen einerseits am Vorlauf-Wasserkasten 7 und andererseits über die Nachsaugleitung 20 an der Saugseite 16 der Kühlmittelpumpe 3 liegt. In den Füllstutzen 21' bzw. in den Füllstutzen-Deckel 27 ist ein Niveau-Schwimmer-schalter 21" eingebaut, der bei Luftansammlung im Füllstutzen 21' einen Anzeigestromkreis ansteuert, und zwar unabhängig davon, ob im Ausgleichsbehälter 19 noch eine optisch erkennbare Reservemenge enthalten ist oder nicht.
  • Das Befüllen des Kühlkreises mit Kühlmittel erfolgt in den Füllstutzen 21'. Durch die Nachsaugleitung 20 und die Kühlmittelpumpe 3 füllt sich die Maschine 1, während gleichzeitig die darin enthaltene Luft durch den Vorlauf 5, den Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7 und die Entlüftungsleitung 25 in den Füllstutzen 21' sowie durch das offene Entlüftungsventil 22 und die Abströmleitung 18 in den Ausgleichsbehälter 19 zur Atmosphäre entweicht. Sobald in der Maschine 1 und gleichzeitig durch die Saugleitung 15, die Mischkammer 14 und das offene Kurzschlußventil 10 des Mischthermostats 9 im Kurzschluß 8 das Niveau des Vorlaufs 5 vom Kühlmittel erreicht ist, füllt sich auch der Kühler 6 sowie der Rücklauf 12 bis zum Kühlerventil 13, das zusätzlich mit einer üblichen Entlüftungsvorrichtung ausgerüstet sein kann. Das Entlüftungsventil 22 im Kühler 6 schließt den gefüllten Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7 zur Abströmleitung 18 hin ab, während sich die Entlüftungsleitung 25 und der Füllstützen 21 vollständig füllen. Der Niveau-Schwimmerschalter 21" steuert nach Verschließen des Füllstutzens eine elektrische Anzeige-Lampe an den Armaturen der Maschine bzw. des Fahrzeuges an. Mit einer zusätzlichen Reservemenge kann der Ausgleichsbehälter 19 teilweise befüllt werden. In diesen fließt bei Wärmedehnung durch Umgebungs- und Kühlkreis-Temperaturschwankungen sowie vor allem durch die Betriebs-Erwärmung der durch die überdruckventile 17, 17' bzw. 17" und 24 aus dem Kühlkreis verdrängte Teil des Kühlmittels.
  • Beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1, der üblicherweise nach längerem Abkühlen mit einem Kaltstart beginnt, bei dem der ebenfalls abgekühlte Kühlmittelinhalt des gesamten Kühlkreises ein bestimmtes iiinimal-Volumen aufweist, enthält der Ausgleichsbehälter 19 einen entsprechenden Minimalinhalt. Beim vorhergehenden Abkühlen fließt nämlich aus dem Ausgleichsbehälter 19 durch die Nachsaugleitung 20 und durch das Unterdruckventil 21 sowie durch die Kühlmittelpumpe 3 ein dem Volumenschwund entsprechendes Kühlmittelvolumen in den ansonsten durch das Überdruckventil 17 allseits verschlossenen Kühlkreis, der sich aus dem Kühlmantel 2, dem Vorlauf 5, dem Kühler 6, dem Rücklauf 12, der Saugleitung 15 und dem Kurzschluß 8 zusammensetzt. Der Inhalt des Ausgleichsbehälters 19 ist aus diesem Grunde so bemessen, daß bei den ortsüblichen tiefsten Umgebungstemperaturen ein völliges Entleeren des Ausgleichsbehälters 19 weitgehend ausgeschlossen ist. Jedoch ist der Kühlkreis auch dann noch unverändert funktionsfähig, wenn bei außergewöhnlich niedrigen Umgebungstemperaturen eine bestimmte Luftmenge in den Kühlkreis gesaugt wird, weil durch die - während des Anwärmlaufes der Maschine auftretende Volumendehnung des Kühlmittels dieser Luftanteil vor dem Erreichen der Betriebstemperatur durch das Überdruckventil 17 wieder in den Ausgleichsbehälter 19 verdrängt wird. Der Schaltweg des Niveau-Schwimmerschalters 21" kann auf diese Volumenänderung aber auch auf ein geringstes Luftvolumen im Füllstutzen 21' abgestimmt werden.
  • Das Gesamtvolumen des Ausgleichsbehälters 19 bestimmt sich schließlich zusätzlich aus dem Gesamtinhalt des Kühlkreises, der höchstmöglichen Wärmedehnung des Kühlmittels im Kühlkreis und einem zusätzlichen Aufnahme-Volumen für eine evtl. überhitzungsbedingte Auswurfmenge durch das Überdruckventil 17.
  • Beim Starten der abgekühlten Maschine führt der erste Drehzahlanstieg sofort zum Aufbau einer Förderhöhe der Kühlmittelpumpe 3, die einerseits ein Absinken des Pumpensaugdruckes unter den vor dem Start im gesamten Kühlkreis gegebenen Umgebungsdruck und andererseits einen Aufbau eines Überdruckes in den der Kühlmittelpumpe 3 nachgeschalteten Kühlkreisabschnitten, Kühlmantel 2, Vorlauf 5, Kurzschluß 8, Kühler 6 und Rücklauf 12 bewirkt. Während dieser Überdruck den öffnungsdruckwert des überdruckventiles 17 nicht erreicht, wird durch das auf geringste Druckdifferenz ansprechende Unterdruckventil 21 und durch die Nachsaugleitung 20 aus dem Ausgleichsbehälter 19 so lange Kühlmittel in den Kühlkreis gesaugt, bis an der Saugseite 16 der Kühlmittelpumpe 3 der Umgebungsdruck erreicht ist. Bei diesem Vorgang steigt gleichzeitig der Überdruck in den der Kühlmittelpumpe 3 nachgeschalteten Teilen des Kühlkreises weiter an. Die elastischen Schlauchleitungen und evtl. Restlufteinschlüsse in diesem Bereich ermöglichen dabei eine Zunahme des darin enthaltenen Volumens an Kühlmittel, das bei diesem Vorgang aus dem Ausgleichsbehälter 19 nachgesaugt wird.
  • Während des weiteren Betriebes der Brennkraftmaschine 1 steigt aufgrund des Wärmeüberganges im Kühlmantel 2 auf das Kühlmittel dessen Temperatur stetig an bis der öffnungstemperaturwert des Mischthermostats 9 von etwa 80° C erreicht wird. Daran schließt sich der Regelbereich des Mischthermostats 9 mit zunehmendem öffnen des Kühlerventils 13 und Schließen des Kurzschlußventils 10 sowie ebenfalls zunehmendem Durchströmen des Kühlers 6 an. Ein weiterer Temperaturanstieg bis über ca. 95° C führt über den Regelbereich des Mischthermostats 9 hinaus bei geschlossenem Kurzschlußventil 10 zum alleinigen Durchströmen des Kühlers 6 mit dadurch erhöhter Durchflußmenge, Durchflußgeschwindigkeit, Wärmeabfuhr und auch erhöhtem Strömungswiderstand und Druckaufbau im Vorlauf 5 und Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7. Je nach Volumeninhalt und Elastizität des Kühlkreises, insbesondere der Schlauchleitungen des Vorlaufes 5, des Kurzschlusses 8, des Rücklaufes 12 und der Saugleitung 15 sowie ferner je nach der Ausgangstemperatur des Kühlmittelinhalts beim Startvorgang und je nach augenblicklicher Motordrehzahl wird der öffnungsdruckwert des Überdruckventiles 17 oder des überdruckventiles 24 mehr oder weniger frühzeitig vor oder nach dem öffnen des Kühlerventiles 13 des Mischthermostats 9 erreicht. Die Motordrehzahl ist deshalb ausschlaggebend, weil die auftretende Förderhöhe der Kühlmittelpumpe 3 bei niedrigen bis mittleren Drehzahlen zuerst ein Ansprechen des Überdruck-ventiles 24 ermöglicht, das mit einem Überdruck-Öffnungswert anspricht, der gerade um diejenige Druckdifferenz niedriger liegt als der Überdruck-Öffnungswert des Überdruckventiles 17, die sich zwischen Stillstand der Maschine oder Leerlaufdrehzahl und Höchstdrehzahl an der Stelle des Überdruckventiles 17, 17' bzw. 17" aufbaut. Bei geringen Motordrehzahlen spricht somit jeweils das Überdruckventil 24 an, das auf der Saugseite 16 der Kühlmittelpumpe 3 über die Nichsnugleitung 20 angeschlossen ist. Nur im Bereich der Höchstdrehzahl der Maschine ist der Überdruck-Öffnungswert des Überdruckventils 17, 17' bzw. 17" maßgebend. Dabei treten jedoch andererseits aufgrund der Strömungswiderstände des Kühlkreises in Strömungsrichtung nach dem Überdruckventil 17, 17' bzw. 17" jeweils niedrigere Drücke auf. Der Druck an der Saugseite 16 der Kühlmittelpumpe 3 liegt dabei sogar wesentlich unter dem Überdruck-Öffnungswert des dort wirksamen Überdruckventiles 24. Dies ist in der Saugwirkung der Kühlmittelpumpe 3 und in den über den gesamten Kühlkreis verteilten Elastizitäten vor allem der Schlauchleitungen begründet. Bei niedrigster Leerlaufdrehzahl der Maschine sind die Druckdifferenzen sehr gering und damit nimmt, wie auch beim Stillstand der Maschine 1, der gesamte Kühlkreis einen Überdruck entsprechend dem öffnungswert des Überdruckventils 24 an.
  • Insgesamt kann somit im Kühlkreis regelmäßig ein Innendruck vom Umgebungsdruck bis zum Öffnungsdruckwert des Überdruckventils 17 sowie darüber hinaus während des Betriebes der Maschine 1 im Kühlmantel 2 und im Vorlauf 5 sowie im Kurzschluß 8 ein darüber hinausgehender, vom Strömungswiderstand des Kühlkreises abhängiger Überdruck auftreten. Die eindeutige Begrenzung der Höchst- und Niedrigst-Druckwerte im Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7 bzw. an der Saugseite 16 der Kühlmittelpumpe 3 vermeiden einerseits eine Drucküberlastung des Kühlers 6 mit entsprechender überdimensionierung in seiner Festigkeit und andererseits einen Druckabfall mit erhöhter Kavitationsgefahr in der Kühlmittelpumpe.
  • Der durch das Überdruckventil 24 nach dem Abstellen der Maschine im gesamten Kühlkreis einheitlich zur Verfügung stehende Überdruck wirkt einer Dampfbildung beim Nachheizen bzw. Temperaturausgleich zwischen der Maschine und dem Kühlmittel entgegen. Eine Drucküberlastung der Kühlkreis-Bauteile ist durch diesen relativ geringen ausschließlich statisch wirksamen Überdruck nicht gegeben. Der vom Überdruckventil 17, 17' bzw. 17" bestimmte höhere dynamisch wirksame Überdruck ist auf den Betrieb der Maschine 1 mit relativ hohen Motordrehzahlen begrenzt, bei denen die Druckdifferenz zwischen Saugseite 16 der Kühlmittelpumpe 3 und Anschlußstelle des überdruckventiles 17, 17' bzw. 17" größer ist als die Differenz der Überdruck-öffnungswerte zwischen den an diesen Stellen angeordneten Überdruckventilen 17, 17' bzw. 17" einerseits und 24 andererseits. Dieser höhere Überdruck ist somit auf einen relativ geringen Anteil der Betriebszeit der Maschine, insbesondere beim Antrieb von Fahrzeugen, begrenzt. Die Dauerhaltbarkeit der Kühlkreis-Bauteile, insbesondere des Kühlers und der Schlauchleitungen, wird dadurch begünstigt.
  • Bei einem Abkühlen der Maschine 1 und des Kühlmittels aufgrund einer Rücknahme der Motorlast fällt aufgrund der dann negativen Wärmedehnung des Kühlmittels auch der Überdruck im Kühlkreis ab. Damit dabei der überdruck vor allem an der Saugseite der Kühlmittelpumpe 3 nicht unter den Siededruck zur jeweiligen Temperatur des Kühlmittels sinkt, sind die elastischen Wandungen des Kühlkreises, vor allem die Schlauchleitungen und ein ggf. vorgesehenes elastisches Gas- oder Luftpolster oder eine elastische Kolben- oder Membran-Federvorrichtung, in ihrer Gesamt-Elastizität entsprechend abgestimmt.
  • Mit Beginn des Betriebes der Maschine 1 nach dem Befüllen des Kühlkreises mit Kühlmittel beginnt auch ein selbsttätiges Entlüften des Kühlkreises von Restluftanteilen, die während des Befüllens an verschiedenen Stellen zurückgeblieben sind oder während des Betriebes, beispielsweise durch die jeweils kurzzeitig beim Kaltstart mit Unterdruck belasteten Dichtungen der Kühlmittelpumpe 3, in den Kühlkreislauf gelangen. Diese Restluftanteile werden mit der Strömung des Kühlmittels von der Maschine 1 durch den frei durchgehenden Vorlauf 5 in den Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7 gespült, in den während des Anwärmens der Maschine bei geschlossenem Kühlerventil 13 des Thermostats 9 lediglich die von der Drossel 26 bestimmte relativ geringe Entlüftungsströmung gelangt. Dadurch kann sich nach der Abzweigung des Kurzschlusses 8 im restlichen Teil des Vorlaufes 5 und im Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7 bei beruhigter Strömung ein großer Teil der Restluft vom Kühlmittel abscheiden und bei größerer Ansammlung durch das dann öffnende Entlüftungsventil 22 über die Abströmleitung 18 und ggf. 18" zum Ausgleichsbehälter 19 abströmen. Ein entsprechendes Volumen an Kühlmittel kann gleichzeitig durch die Nachsaugleitung 20 und das Unterdruckventil 21 in den Füllstutzen 21' gesaugt werden, was aufgrund der Auswirkung des Pumpensaugdruckes über die zur Saugseite 16 führende Nachsaugleitung 20 zustandekommt. Durch die Entlüftungsleitung 25 und die Drossel 26 fließt der Entlüftungsstrom zum Füllstutzen 21', der die verbleibenden kleineren Restluftanteile in den Füllstutzen leitet und dort dem weiteren Überdruckventil 24 vorlagert. Sobald durch das Anwärmen der Maschine 1 und des Kühlmittels sowie durch die dabei gegebene Wärmedehnung und Druckerhöhung des Kühlmittels der überdruckwert von etwa 1,5 bar dieses Überdruckventiles 24 erreicht wird, öffnet dieses und läßt die gesammelte Restluft durch die Nachsaugleitung 20 in den Ausgleichsbehälter 19 strömen. Dieser Vorgang setzt sich fort bzw. wiederholt sich, bis der Wärme-Beharrungszustand des Kühlkreises erreicht ist. Ein Entlüften tritt auch dann ein, wenn der überdruck-öffnungswert des Überdruckventiles 17 im Kühler-Vorlauf-Wasserkasten erreicht wird. Jedoch werden dabei keine vorgelagerten Restluftanteile, sondern lediglich unmittelbar im austretenden Kühlmittel enthaltene oder gelöste Restluftanteile in den Ausgleichsbehälter 19 und damit an die Atmosphäre ausgeschieden. Ein weiteres Entlüften und Ausschieben von Kühlmittel mit Restluft aus dem Füllstutzen 21' in den Ausgleichsbehälter 19 durch das überdruckventil 24 tritt auch immer dann ein, wenn nach einer Anwärm-Betriebszeit mit hoher Motordrehzahl von etwa 5000 bis 6000/min und hoher Druckdifferenz von etwa 1 bar zwischen Kühler-Vorlauf-Wasser- - kasten 7 und Saugseite 16 der Kühlmittelpumpe 3 die Motordrehzahl-erheblich, insbesondere bis auf Leerlaufdrehzahl, abfällt. Der Überdruck-öffnungswert von etwa 2 bar des Überdruckventiles 17 ist dabei nämlich zuerst wenigstens annähernd erreicht und dagegen der Überdruck-öffnungswert von etwa 1,5 bar des weiteren Überdruckventiles 24 wesentlich unterschritten. Beim Abfallen der Motordrehzahl gleichen sich die Überdruckwertedann weitestgehend einander an, so daß der Überdruck im Füllstutzen 21' etwa auf den überdruck-öffnungswert des dortigen Überdruckventiles 24 steigt. Bei der regelmäßig dann anschließenden weiteren Erwärmung des Kühlmittels durch den Temperaturausgleich zwischen der hoch aufgeheizten Maschine 1 und dem Kühlmittel wird durch die entsprechende Wärmedehnung des Kühlmittels der Überdruck-öffnungswert des Überdruckventiles 24 überschritten. Die im Füllstutzen 21' bis dahin evtl. vorgelagerte Restluft wird dabei zusammen mit einem Anteil an Kühlmittel in den Ausgleichsbehälter 19 ausgeschieden.
  • Im Ausgleichsbehälter 19 scheidet sich bei atmosphärischem Druck und Umgebungstemperatur, z. B. Motorraumtemperatur von Fahrzeugen, die im Kühlmittel als Blasen oder in Lösung enthaltene Luft in die Atmosphäre ab. Eine verschnittfrei geschlitzte Dichtscheibe 19' läßt zwar zum Volumenausgleich einen Luftaus- und -eintritt aus bzw. in den Ausgleichsbehälter 19 zu, verhindert jedoch eine ständige Luftbewegung durch Konvektionsströmung. Dadurch werden Verdunstungsverluste an Kühlmittel weitestgehend vermieden.
  • Die Ausbildungen des Kühlkreises nach den Fig. 2 und 3 stimmen sowohl im Aufbau als in der Funktion weitestgehend mit derjenigen nach Fig. 1 überein. Lediglich die beiden Überdruckventile 17 und 24 sind hierbei im Füllstutzen 21' bzw. im Deckel 27 des Füllstutzens 21' eines Nebenstrom-Ausgleichsbehälters 28 mit Luftraum 29 zusammengefaßt. Ferner ist das Entlüftungsventil 22 weggelassen, die Abströmleitung 18 mit dem Füllstutzen 21' bzw. dessen Deckel 27 über das Überdruckventil 17 verbunden und die Drossel 26' im Deckel 27 parallel zum Überdruckventil 17 angeordnet.
  • In Fig. 2 sind alternative Anschlüsse 18' der Abströmleitung 18 am Vorlauf 5 und am Kühlmantel 2 entsprechend den alternativen Anordnungen des überdruckventiles 17' und 17" gezeigt. Die Überdruckventile 17 und 24 in Fig. 2 sind in entgegengesetzten Schließrichtungen von einer einzigen Ventilfeder 24' betätigt. Die unterschiedlichen Überdruck-öffnungswerte von etwa 1,5 bzw. 2 bar werden durch eine umgekehrt proportionale Bemessung der öffnungsquerschnitte der beiden Ventile erreicht. Der jeweilige Anschluß der Abströmleitung 18 und der Nachsaugleitung 20 bzw. der in Fig. 3 alternativ vorgesehenen Abdampfleitung 20' am Deckel 27 erfolgt über abgedichtete Ringnuten 30 und 31, die zwischen Füllstutzen 21' und Deckel 27 angeordnet sind.
  • In Fig. 3 ist darüber hinaus der Nebenstrom-Ausgleichsbehälter 28 alternativ auch als Füllstutzen 21' ohne Luftraum 29 gestrichelt eingezeichnet. Die an die Atmosphäre mündende Abdampfleitung 20' soll daher ausschließlich in Kombination mit einem Luftraum 29 vorgesehen sein, während der Ausgleichsbehälter 19 und die Nachsaugleitung 20 sowohl mit einem Nebenstrom-Ausgleichsbehälter 28 ohne Luftraum 29 als auch mit einem Füllstutzen 21' ohne Luftraum zusammenwirken können.
  • Das überdruckventil 17 in Fig. 2 weist die gleiche Funktion wie in Fig. 1 auf. Es wird jedoch in Fig. 2 nicht unmittelbar, sondern über die Abströmleitung 18 vom Überdruck im Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7 angesteuert. Die Drossel 26' ist derart parallel zum Überdruckventil 17 im Deckel 27 angeordnet, daß der Druckabfall in der Drossel 26' sich nicht auf die Funktion des überdruckventiles 17 auswirken kann. Die Abströmleitung 18 wirkt somit auch als Steuerleitung für das überdruckventil 17 und als Entlüftungsleitung für die Befüll- und Betriebs-Entlüftung in den Füllstutzen 21'.
  • Bei der Ausbildung gemäß den Fig. 3 bis 5 ist abweichend von Fig. 2 anstelle eines weiteren Überdruckventils 24 ein als Stellmotor wirksamer Kolben 32 im Deckel 27 des Füllstutzens 21' angeordnet. Der Kolben 32 wird durch die nur als Steuer- und Entlüftungsleitung wirksame Abströmleitung 18 vom Überdruck im Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7 beaufschlagt. Eine Druckstange 32' überträgt die Steuerbewegung des Kolbens 32 auf das Überdruckventil 17. Die wirksamen Querschnitte des Kolbens 32 und des Überdruckventiles 17 sind mit der Ventilfeder 24' des überdruckventils 17 derart abgestimmt, daß das Überdruckventil beispielsweise bei etwa 2 bar überdruck an der Saugseite 16 der Kühlmittelpumpe 3 unmittelbar von diesem überdruck geöffnet wird, während es bei etwa 1 bar Überdruck an der Saugseite 16 und gleichzeitig etwa 2 bar überdruck im Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7 von der überwiegenden Druckkraft des Kolbens 32 über die Druckstange 32' betätigt wird. Auf diese Weise wird bei Stillstand oder Leerlauf der Maschine 1 und somit fehlender bzw. nur geringer Förderhöhe der Kühlmittelpumpe 3 für den Nachheizvorgang mit Temperatur-und Druckanstieg gegen ein Nachkochen in der Maschine im gesamten Kühlkreis ein statischer Druck von etwa 2 bar zur Verfügung gestellt. Während des Betriebes der Maschine 1 wird dagegen der Druckverlauf im mit relativ hohem örtlichen überdruck beaufschlagten Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7 ebenfalls auf den dynamisch wirksamen Höchstwert von etwa 2 bar begrenzt. An der Saugseite 16 der Kühlmittelpumpe und an allen Kühlkreisstellen, die in Strömungsrichtung hinter dem Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7 liegen, treten dabei geringere Überdruckwerte auf. Bei einer maximalen Druckdifferenz von etwa 1 bar zwischen Saugseite 16 und Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7 fällt somit der Überdruck an der Saugseite 16 nicht unter etwa 1 bar, so daß ein Unterschreiten des Siededruckes bei üblichen Höchsttemperaturen an dieser Stelle von ca. 120°C nicht eintreten kann.
  • In den Fig. 4 und 5 ist die konstruktive Ausbildung und Anordnung des Füllstutzens 21' und des zugehörigen schraubbaren Deckels 27 am Nebenstrom-Ausgleichsbehälter 28 mit Luftraum 29 bzw. alternativ an einem Füllstutzen 21' ohne Luftraum 29 dargestellt. Der Füllstutzen 21' ist als einteiliges Kunststoff-Formteil ausgeführt, dem je ein Schlauchanschlußstutzen 34 und 35 für die Abströmleitung 18 und für die überlaufleitung 20' bzw. Nachsaugleitung 20 angeformt sind. Die Abströmleitung 18 mündet in einen engeren unteren zylindrischen Teil 36 der Füllstutzen-Innenwand 37, dem eine beiderseits abgedichtete Ringnut 38 des Deckels 27 zugeordnet ist. Die Überlauf- bzw. Nachsaugleitung 20' bzw. 20 mündet in einen weiteren oberen zylindrischen Teil 39, der mit einem oberen Raum des Deckels 27 außerhalb der Überdruck- und Unterdruckventile 17 und 22 verbunden ist. Der Deckel 27 ist als zweiteiliges verklebtes oder verschweißtes Kunststoff-Formteil ausgebildet. Er weist neben den Bohrungen und Verbindungsöffnungen für das Überdruckventil 24 mit Ventilfeder 24" und Federhülse 40, für den Kolben 32 und dem zugehörigen letzten Abschnitt der als Steuerleitung wirksamen Abströmleitung 18 und für das Unterdruckventil 21 einen zylindrischen Luftabscheideraum 41 auf, in den eine enge Entlüftungsbohrung 26" als der in Fig. 3 entsprechende Drossel 26' tangential einmündet. Die dadurch im Betrieb entstehende Kreiselströmung begünstigt das Abscheiden der im Entlüftungsstrom mitgeführten Restluft.
  • In Fig. 2 ist eine Sperrvorrichtung 42 schematisch dargestellt, die den Deckel 27 gegen gefährliches Öffnen sperrt, wenn im Kühlkreis ein Überdruck besteht. Sie besteht aus einem Sperrkolben oder dgl., der einen Sperrstift mit einem gerippten, verzahnten oder ähnlich ausgebildeten Bereich der Innenwand des Füllstutzens 21' in Eingriff hält. Die Sperrwirkung verstärkt sich mit steigendem Überdruck und erschwert bzw. verhindert ein unachtsames öffnen des Deckels 27 mit einem dabei zu erwartenden Heißwasser- oder Dampf-Austritt und mit der Gefahr von Brand- oder Verbrühverletzungen der hantierenden Person.
  • In Fig. 4 besteht die Sperrvorrichtung 42 aus einer Kupplung 43, die den Deckel 27 bei fehlendem oder geringem Überdruck im Füllstutzen 21' mit seinem Drehgriff 44 verbindet und ab einem bestimmten Überdruck diese Verbindung löst. Die Kupplung 43 besteht aus einer Bügelfeder 45, die mit Verzahnungen 46 und 47 am Deckel 27 bzw. am Drehgriff 44 zusammenwirkt. Ein Druckbolzen 40' der Federhülse 40 des Deckels 27 wird durch die Wirkung des Überdruckes im Inneren des Ausgleichsbehälters 28 zusammen mit den daran befestigten inneren Teilen des Deckels 27 relativ zum Füllstutzen 21' bewegt und dadurch die Kupplung 43 durch ruckartiges Ein- bzw. Ausrasten der Bügelfeder 45 in bzw. aus der Verzahnung 46 betätigt.
  • Ab einem vorbestimmten Überdruck und dadurch gelöster Kupplung 43' läßt sich lediglich der Drehgriff 44 lose drehen und der Deckel 27 kann somit bis zum Absinken der Temperatur des Kühlmittels und damit auch des Überdruckes im Kühlkreis auf den vorbestimmten Wert mit Sicherheit nicht geöffnet werden. Eine Verletzung der bedienenden Hand durch ausströmendes heißes Kühlmittel oder Dampf ist dadurch ausgeschlossen.

Claims (18)

1. Kühlkreis für Brennkraftmaschinen,
- mit einer Kühlmittelpumpe (3) an Zulauf zum Kühlmantel (2) der Maschine (1),
- mit einem als Wärmetauscher zwischen Kühlmittel und Umgebungsluft bzw. Außenkühlflüssigkeit ausgebildeten Kühler (6),
- dessen Vorlauf (5) am Austritt (4) des Kühlmantels (2) und dessen Rücklauf (12) an der Saugseite (16) der Kühlmittelpumpe (3) angeschlossen sind,
- mit einem Kühlerventil (13) eines Thermostats (9),
- das zwischen dem Austritt (4) des Kühlmantels (2) und der Saugseite (16) der Kühlmittelpumpe (3) im Vor-oder Rücklauf (5 bzw. 12) des Kühlers (6) angeordnet ist, und
- mit einem Überdruckventil (17) zur Begrenzung des Höchstdruckes, dadurch gekennzeichnet,
- daß das Überdruckventil (17, 17', 17") vom Druck des Kühlmittels im Bereich zwischen dem Kühlmantel (2) einerseits und dem Kühlerventil (13) des Thermostats (9) und/oder in einem Kühler-Vorlauf-Wasserkasten (7) andererseits angesteuert ist und
- daß das überdruckventil (17) einen Überdruck-Öffnungswert aufweist, der wenigstens annähernd um diejenige Druckdifferenz über dem Siededruck des Kühlmittels bei an der Saugseite (16) der Kühlmittelpumpe (3) höchstzulässiger Kühlmitteltemperatur liegt,
- die zwischen der Saugseite (16) der Kühlmittelpumpe (3) und der Anschlußstelle des Überdruckventils (17, 17', 17") dann auftritt,
- wenn im wesentlichen die höchste Förderleistung der Kühlmittelpumpe (3) bei voll geöffnetem Kühlerventil (13) des Thermostats (9) gegeben ist.
2. Kühlkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - daß das Überdruckventil (17, 17', 17") einen Überdruck-öffnungswert von etwa 1,5 bis 2,2 bar bei einer höchstzulässigen Kühlmittel-Temperatur an der Pumpensaugseite von etwa 90 bis 120°C und bei einer Druckdifferenz zwischen der Saugseite (16) der Kühlmittelpumpe (3) und der Anschlußstelle des überdruckventiles (17, 17', bzw. 17") von etwa 0,5 bis 1,2 bar aufweist. -
3. Kühlkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
- daß das überdruckventil (17") am Kühlmantel (2) vor dessen Austritt (4) angeschlossen ist.
4. Kühlkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
- daß das Überdruckventil (17') an einer von seiner Ansteuerstelle entfernten Stelle angeordnet ist und über eine Steuerleitung (Abströmleitung 18) mit dem Druck des Kühlmittels beaufschlagt wird.
5. Kühlkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung (Abströmleitung 18) zugleich als Abströmleitung für das durch das Überdruckventil (17') abzuleitende Kühlmittel ausgebildet ist.
6. Kühlkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Steuerleitung (Abströmleitung 18) zugleich als Entlüftungsleitung (25) ausgebildet ist,
- die parallel zum überdruckventil (17) eine mit einer Entlüftungsstelle (Füllstutzen 21') und mit der Saugseite (16) der Kühlmittelpumpe (3) in Verbindung stehende Drossel (26') aufweist.
7. Kühlkreis nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
- daß das Überdruckventil (17) und/oder die Drossel (26') in einem Füllstutzen (21') angeordnet sind,
- der mit der Saugseite (16) der Kühlmittelpumpe (3) in Verbindung steht.
8. Kühlreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
- daß der Füllstutzen (21') Bestandteil eines Entlüftungs-Behälters und/oder eines Volumen-Ausgleichsbehälters (28) mit Ausdehnungs-Luftraum (29) ist.
9. Kühlkreis nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
- daß der Füllstutzen (21') und/oder ein im Füllstutzen angeordneter Füllstutzen-Deckel neben dem Überdruckventil (17) und der Drossel (26') auch ein Unterdruckventil (21), ein Entlüftungsventil und/oder einen Niveau-Schwimmer-Schalter (21") aufnimmt.
10. Kühlkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
- daß an die Saugseite (16) der Kühlmittelpumpe (3) ein weiteres Überdruckventil (24) angeschlossen ist,
- dessen Überdruck-öffnungswert wenigstens annähernd um diejenige Druckdifferenz (etwa 0,2 bis 0,6 bar)über dem Siededruck des Kühlmittels bei höchstzulässiger Kühlmitteltemperatur liegt,
- die an der Pumpensaugseite zwischen der geringsten Pumpenförderleistung und der höchsten Pumpenförderleistung bei Mindest- bzw. Höchstdrehzahl der Maschine (1) gegeben ist.
11. Kühlkreis nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
- daß das Überdruckventil (17) und das weitere Überdruckventil (24) einander koaxial gegenüberliegend angeordnet sind,
- daß die öffnungsquerschnitte der beiden Ventile (17 und 24) im umgekehrten Größenverhältnis ihrer Überdruck-öffnungswerte bemessen sind und
- daß beide Ventile (17 und 24) von einer einzigen Ventilfeder (24') in entgegengesetzten Richtungen geschlossen gehalten werden.
12. Kühlkreis nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
- daß ein einziges an der Saugseite (16) der Kühlmit-telpumpe (3) absteuerndes überdruckventil (24) sowohl vom Überdruck im Bereich des Vorlaufes (5) zwischen Kühlmantel (2) und Kühler (7) über eine Steuerleitung (Abströmleitung 18) und einen Stellmotor (Kolben oder Membrane 32) als auch vom Überdruck an der Saugseite (16) der Kühlmittelpumpe (3) unmittelbar betätigt wird.
13. Kühlkreis nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
- daß Stellmotor (Membrane 32) und Überdruckventil (24) in ihren druckbeaufschlagten Flächen und/oder ihren Schließfederkräften wahlweise derart aufeinander abgestimmt sind,
- daß entweder gleiche oder unterschiedliche Überdruck-öffnungswerte des Vorlaufes (5) und der Pumpensaugseite (16) das öffnen des Überdruckventiles (24) bewirken.
14. Kühlkreis nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Membrane (32) oder der Kolben des Stellmotors eine Kammer (27') begrenzt,
- daß in die Kammer (27') die Steuerleitung (Abströmleitung 18) mündet und
- daß der Stellmotor (Membrane 32 oder Kolben) über eine Druckstange (32') das Überdruckventil (24) betätigt,
- das eine weitere Kammer (27") verschließt und das koaxial zur Druckstange (32') und zur Membrane (32) bzw. zum Kolben des Stellmotors angeordnet ist,
- wobei die weitere Kammer (27") mit dem Inneren des Füllstutzens (21') verbunden ist, so daß der Druck der Saugseite (16) der Kühlmittelpumpe (3) das überdruckventil (24) unmittelbar beaufschlagt.
15. Kühlkreis nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
- daß Stellmotor (Membrane 32) und Überdruckventil (24) sowie ein Unterdruckventil (21) in einem Deckel (27) des Füllstutzens (21') eines Ausgleichsbehälters (28) angeordnet sind,
- der einen Luftraum als Wärmedehnungs- und Druckausgleichs-Raum enthält,
- daß der Stellmotor (Membrane 32) über eine Steuerleitung (Abströmleitung 18) beaufschlagt ist,
- die andernends an einem Hochpunkt des Vorlaufes (5) und/oder des Kühlers (6) angeschlossen ist,
- die in den Füllstutzen-Deckel über eine Ringnut (31) einmündet und
- die parallel zum Stellmotor (Membrane 32) in einer gedrosselten Entlüftungsbohrung (26") endet,
- die tangential in einen etwa zylindrischen Luftabscheideraum (41) des Füllstutzens-Deckels (27) mündet, und
- daß der Ausgleichsbehälter (28) einen Füllstutzen (21') und je einen Schlauchanschlußstutzen (34 und 35) für die Steuerleitung (Abströmleitung 18) und eine überlaufleitung (20') aufweist,
- die ins Innere des Ausgleichsbehälters (28), in einen Teil (36) der zylindrischen Füllstutzen-Innenwand (37) im Bereich der Ringnut (38) des Füllstutzen-Deckels (27) bzw. in die zylindrische Innenwand (37) eines außerhalb der Ventile (24 und 21) liegenden Hohlraumes (39) des Füllstutzens (21') und des Füllstutzen-Deckels (27) münden.
16. Kühlkreis nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Überdruck-Öffnungswerte der überdruckventile (17 und 24) und die Elastizität der Kühlmittel und/oder Gas bzw. Luft unter Überdruck enthaltenden Hohlräume und Leitungen derart auf die Wärmedehnung des Kühlmittels abgestimmt sind,
- daß der Überdruck an der Saugseite (16) der Kühlmittelpumpe (3) bei wechselnder Durchschnittstemperatur des Kühlmittels und wechselnder Förderleistung der
- Kühlmittelpumpe (3) stets über dem Siededruck des Kühlmittels liegt.
17. Kühlkreis nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet,
- daß eine Sperrvorrichtung (42) mit einem Füllstutzen-Deckel (27) zusammenwirkt,
- die dessen Öffnen bei bestehendem Überdruck erschwert bzw. ausschließt.
18. Kühlkreis nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Sperrvorrichtung (42) als form- und/oder kraftschlüssige Kupplung (43) zwischen dem Füllstutzen-Deckel (27) und einem Drehgriff (44) desselben ausgebildet ist,
- wobei die Kupplung (43) bei bestehendem Überdruck gelöst ist (43') und ein Leerdrehen des Drehgriffes (44) gegenüber dem Füllstutzen-Deckel (27) bewirkt.
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