EP0157167B1 - Cooling system for internal-combustion engines - Google Patents

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EP0157167B1
EP0157167B1 EP85102118A EP85102118A EP0157167B1 EP 0157167 B1 EP0157167 B1 EP 0157167B1 EP 85102118 A EP85102118 A EP 85102118A EP 85102118 A EP85102118 A EP 85102118A EP 0157167 B1 EP0157167 B1 EP 0157167B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
coolant
relief valve
pump
cooling circuit
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired
Application number
EP85102118A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0157167A1 (en
Inventor
Erwin Dipl.-Ing. Schweiger (Fh)
Axel Dipl.-Ing. Temmesfeld (Fh)
Erwin Starmühler
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.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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 Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP0157167A1 publication Critical patent/EP0157167A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0157167B1 publication Critical patent/EP0157167B1/en
Expired legal-status Critical Current

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    • 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
    • F01P11/00—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
    • 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
    • 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
    • F01P11/00—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
    • F01P11/02—Liquid-coolant filling, overflow, venting, or draining devices
    • F01P11/0204—Filling
    • F01P11/0209—Closure caps
    • F01P11/0238—Closure caps with overpressure valves or vent valves
    • 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
    • F01P11/00—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
    • F01P11/02—Liquid-coolant filling, overflow, venting, or draining devices
    • F01P11/028—Deaeration devices
    • 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
    • F01P11/00—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
    • 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.
  • 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 pressure in the cooling circuit is higher by the pressure difference between the different arrangements, even on the suction side of the coolant pump.
  • This pressure corresponds directly to the opening value of the pressure relief valve.
  • the pressure in the flow area increases by the reduced proportion that corresponds to the volume proportion escaping at the pressure relief valve.
  • 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.
  • the object of the invention is to develop a cooling circuit of the type described in claim 1 so that both a drop in the 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 tank of the cooler, is excluded.
  • a cooling circuit is to be created which has a high efficiency over the entire working range of an internal combustion engine.
  • the invention solves this problem by dimensioning the pressure relief valve according to the characterizing part of patent 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 even when the pump delivery capacity changes, if at least approximately the maximum permissible coolant temperature reached 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 previously been the case with known cooling circuits with a pressure relief valve controlled by the return area.
  • the arrangement of the pressure relief valve according to claim 2 gives in connection with the pressure drop at the outlet of the cooling jacket of the machine the advantage that during the operation of the machine, the pressure curve of the coolant is within normal limits, but after the machine has been switched off for the post-heating process by temperature compensation between the components and the coolant there is an overpressure higher by the mentioned pressure drop to avoid re-boiling. Since there is only a static pressure load on the cooling circuit, this is within the usual limits, especially since the coolant in the cooler cools down very quickly after it has been switched off, and due to its negative thermal expansion, the pressure in the entire cooling circuit drops correspondingly quickly to lower values.
  • the features of claim 3 provide a lesson for coordinating the overall elasticity of the cooling circuit and the pressure changes of the coolant via its temperature changes by means of elastic hose lines, which means that when the coolant temperature drops, an excess of the boiling pressure, particularly on the suction side of the coolant pump, is excluded without additional construction costs.
  • the invention is shown for example in the drawing. It shows a cooling circuit for internal combustion engines in a schematic representation with a pressure relief valve according to the invention in the flow water tank of a cooler.
  • 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 flow 5 opens into a cooler flow water tank 7.
  • a short circuit 8 branches off from the flow 5 and flows into one Mixing thermostat 9, this mouth 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 flow 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, due to its design as a sniffing, non-return or float valve or the like, is opened by the action of gravity when air and pressure-free cooling circuit are applied.
  • a vent valve 22 which, due to its design as a sniffing, non-return or float valve or the like, is opened by the action of gravity when air and pressure-free cooling circuit are applied.
  • One or more relatively large-area fine screens 23 in the cooler 6 or in the expansion tank 19 prevent the valves from becoming leaky due to dirt particles entrained by the coolant.
  • 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 to reduce 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 is installed in the filler neck 21 'or in the filler neck cover, which controls a display circuit when air accumulates in the filler neck 21', regardless of whether or not an optically recognizable reserve quantity is still contained 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 pre-water tank 7 and the vent line 25 into the filler neck 21 'as well as through the open vent 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 neck 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 event 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 displaced from the cooling circuit by the pressure relief valves 17, 17 'or 17 "and 24.
  • the expansion tank 19 contains a corresponding minimum content.
  • the first increase in rotational speed immediately leads to the construction of a conveying amount of the coolant pump 3, on the one hand downstream a decrease in the Pumpensaugdruckes among before the start in the entire cooling circuit given ambient pressure and subsequently dererse i ts a structure of a positive pressure in the coolant pump 3 Cooling circuit sections, cooling jacket 2, flow 5, short circuit 8, cooler 6 and return 12 causes.
  • 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.
  • 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.
  • the engine speed is decisive because the low head of the coolant pump 3 that occurs 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 standstill or idling speed and maximum speed of the machine at the connection point of the pressure relief valve 17, 17 * or 17 ".
  • the pressure relief valve 24 responds, which is connected to the suction side 16 of the coolant pump 3 via the 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.
  • a pressure overload of the cooling circuit components does not exist due to this relatively low, exclusively statically effective overpressure.
  • This higher overpressure is thus limited to a relatively small proportion of the operating time of the machine, particularly when driving vehicles the cooling circuit components, in particular the cooler and the hose lines, are 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 overall elasticity of the cooling circuit is adjusted accordingly, above all by means of the elasticity of the hose lines.
  • 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 remaining part of the flow 5 and the cooler Flow water tank 7 separate a large part of the residual air from the coolant when the flow is calm and, in the event of a larger accumulation, flow out through the then opening vent valve 22 via the outflow line 18 and possibly 18 "to the expansion tank 19.
  • a corresponding volume of coolant can simultaneously flow through the after-suction line 20 and the pressure relief valve 21 are sucked into the filler neck 21 ', which is due to the effect of the pump suction pressure via the suction line 20 leading to the suction side 16.
  • venting current flows to the filler neck 21', which the remaining small residual air fractions in conducts the filler neck and there upstream of the further pressure relief valve 24.
  • the overpressure value of approximately 1.5 bar of this pressure relief valve 24 is reached due to the heating of the machine 1 and the coolant, as well as due to the thermal expansion and pressure increase of the coolant, this opens and leaves the sat residual air flow 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 approximately 2.0 bar of the overpressure valve 17 is reached in the cooler flow water tank.
  • the overpressure opening value of about 2 bar of the overpressure valve 17 is namely at least approximately reached at first and, in contrast, the overpressure opening value of about 1.5 bar of the further overpressure valve 24 is substantially undercut.
  • 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 pressure relief 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.
  • 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.

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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.The invention relates to a cooling circuit according to the design of claim 1. In cooling circuits of this type, it is customary to arrange a pressure relief valve and a vacuum valve in the filler cap. To use a working temperature of the coolant composed of water, anti-freeze and corrosion protection, which is above the boiling temperature in the atmosphere, 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.

Bei der in der Praxis derzeit üblichen Anordnung eines ca 1-bar-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, wenn als höchste zulässige Kühlmitteltemperatur die Siedetemperatur zu 1-bar vorgesehen wird. 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 Kühtmittelpumpe um das angesaugte Volumen des entstandenen Dampfes verringert und in der Pumpe selbst tritt durch das schlagartige Zusammenfallen der Dampflbasen Kavitation mit seinen bekannten Auswirkungen auf die Pumpenlebensdauer ein.With the currently customary arrangement of an approx. 1 bar pressure relief valve in the flow area of the cooling circuit, when the machine is operated 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, the coolant pressure drops regularly the suction side of the coolant pump to the boiling pressure of the coolant if the maximum permissible coolant temperature is the boiling temperature of 1 bar. 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 vapor bubbles sucked in by the coolant pump condense again due to the pressure increase in the pump, but the delivery rate of the coolant pump is reduced by the sucked-in volume of the steam produced and cavitation with its known effects on the pump occurs due to the sudden collapse of the steam bases Pump life on.

Bei der ebenfalls in der Praxis üblichen Anordnung des Füllverschlußdeckels mit einem ca 1- bar-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 dabei bis zur entsprechenden höchstzulässigen Kühlmitteltemperatur 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 wenigstens annäherenden Erreichen des Öffnungswertes des Überdruckventiles ein Abfallen 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 wenigstens annähernd 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 denjenigen verringerten Anteil, der dem am Überdruckventil ausgetretenen Volumenanteil 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.With the arrangement of the filler cap, which is also common in practice, with an approx. 1 bar pressure relief valve in the pressure area of the suction side of the coolant pump, the pressure in the cooling circuit is higher by the pressure difference between the different arrangements, even on the suction side of the coolant pump. This pressure corresponds directly to the opening value of the pressure relief valve. With constant heating of the coolant and a constant increase in the delivery rate of the coolant pump due to a steady increase in the engine speed, the overpressure on the suction side of the coolant pump is always up to the corresponding maximum permissible coolant temperature with sufficient certainty above the boiling pressure of the coolant, so that vapor bubbles form on the suction side and largely cavitation within the coolant pump are also excluded. However, as soon as the engine speed drops, in particular until idling, after the opening value of the pressure relief valve has at least approximately been reached, there is both a drop in the supply pressure and an increase in the pressure on the pump suction side. However, since the opening value of the pressure relief valve was at least approximately reached on the latter, such a volume fraction of the coolant or of the air cushion in the expansion tank is ejected by the pressure relief valve that the pressure in the entire cooling circuit according to the law of the communicating vessels is in accordance with the opening value of the pressure relief valve sets. There is only a small pressure difference between the suction side of the coolant pump and its pressure side at idle speed, which can be neglected in this view. If the engine speed is then again brought up to the previous maximum value, the pressure in the flow area increases by the reduced proportion that corresponds to the volume proportion escaping at the pressure relief valve. 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.

Durch diesen Funktionsablauf ist nach einem einmaligen Abfallen 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 geringen 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.As a result of this functional sequence, once the engine speed has dropped once, even with this arrangement and dimensioning of the pressure relief valve, there is no security against boiling on the suction side of the coolant pump and cavitation in the coolant pump. In addition, due to the low pressure and the reduced delivery capacity of the coolant pump. increased vapor bubble formation in the hottest areas of the machine's cooling jacket, especially in the cylinder head. As a result, 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. Finally, the reduced heat transfer to the environment due to the lower flow velocity in the cooler also contributes to this.

Bei Kühlkreisen, bei denen ein Überdruckventil mit einem Öffnungswert von bis etwa 1,5 bar Überdruck an der Saugseite der Kühlmittelpumpe zur Wirkung kommt, wie dies insbesondere an Hochleistungs-, Sport- und Rennmotoren zur Anwendung kommt, treten zwar auch bei dem vorbesehriebenen Funktionsablauf, bis zu einer üblichen höchstzulässigen Kühlmitteltemperatur von etwa 120 °C keine Einbußen am Wirkungsgrad der Kühlung ein. Bei diesem Öffnungsdruckwert des Überdruckventiles baut sich jedoch 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.In cooling circuits in which an overpressure valve with an opening value of up to approximately 1.5 bar overpressure is effective on the suction side of the coolant pump, as is particularly the case with high-performance, sports and racing engines application, there is no loss in the efficiency of the cooling, even with the previously described functional sequence, up to a customary maximum permissible coolant temperature of approximately 120 ° C. At this opening pressure value of the pressure relief valve, however, when the coolant is also heated for the first time and the engine speed rises in the flow area of the cooling circuit, an excess pressure which is far above the durability limit of conventional coolers builds up. An overpressure of approximately 1.5 bar on the pump suction side results in an overpressure in the flow range of approximately 2.5 to 3 bar with a pressure difference to the flow range of approximately 1 to 1.5 bar.

Die DE-Z-Technische Rundschau Nr. 46, 29.10.1971, enthält zwar Hinweise, daß die Förderhöhe von Kühlmittelpumpen beträchtliche Werte annehmen kann, daß zum Vermeiden von Kavitation am Pumpeneintritt je nach Kühlmitteltemperatur ein entsprechender Vordruck herrschen sollte und daß bei Anordnung eines Ausgleichsbehälters und damit des Überdruckventiles im Vorlauf am Pumpeneintritt der niedrigste Druck herrscht. Für letztere Anordnung des Überdruckventiles ist jedoch keine -Bemessungsangabe. für dessen Überdruck-Öffnungswert enthalten, um die gestellten Anforderungen zu erfüllen.DE-Z-Technische Rundschau No. 46, October 29, 1971, contains information that the delivery head of coolant pumps can assume considerable values, that an appropriate admission pressure should prevail, depending on the coolant temperature, to avoid cavitation at the pump inlet, and that when an expansion tank is arranged and thus the pressure relief valve in the flow at the pump inlet has the lowest pressure. For the latter arrangement of the pressure relief valve, however, no design information is given. for its overpressure opening value included to meet the requirements.

Im Gegenteil, es werden Druckverläufe bis zu Überdruck-Öffnungswerten von 0,5- und 1,2-bar dargestellt, die diesen Anforderungen nicht gerecht werden können, zumal sich diese ausschließlich auf die temperaturbedingten Änderungen des statischen Kühlmitteldruckes ohne Berücksichtigung der überlagerten dynamischen . Druckeinflüsse der wechselnden Kühlmittelpumpen-Förderleistung beziehen. Auch das in dieser Druckschrift vorgeschlagene zusätzliche Puffervolumen zur Druckspeicherung von Luft an einem am Rücklaufbereich angeschlossenen Ausgleichsbehälters mittels eines in einem Zylinder gleitenden federbelasteten Kolbens berücksichtigt weder die dynamischen Einflüsse auf den Kühlmitteldruckverlauf im Kühlkreis noch ist darin eine Anregung zur Weiterbildung eines Kühlkreises mit einem vom Kühlmitteldruck im Vorlaufbereich angesteuerten Überdruckventil enthalten.On the contrary, pressure curves up to overpressure opening values of 0.5 and 1.2 bar are shown, which cannot meet these requirements, especially since these only relate to the temperature-related changes in the static coolant pressure without taking into account the superimposed dynamic ones. Obtain pressure influences of the changing coolant pump delivery rate. The additional buffer volume proposed for the storage of air in a surge tank connected to the return area by means of a spring-loaded piston sliding in a cylinder does not take into account the dynamic influences on the coolant pressure curve in the cooling circuit, nor does it suggest any further development of a cooling circuit with one of the coolant pressure in the Flow range controlled pressure relief valve included.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kühlkreis der im Patentanspruch 1 beschriebenen Bauart so weiterzubilden, daß sowohl eine 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. Neben einer eindeutigen Begrenzung des Höchstdruckes soll ein Kühlkreis geschaffen werden, der über den gesamten Arbeitsbereich einer Brennkraftmaschine einen hohen Wirkungsgrad aufweist.The object of the invention is to develop a cooling circuit of the type described in claim 1 so that both a drop in the 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 tank of the cooler, is excluded. In addition to a clear limitation of the maximum pressure, a cooling circuit is to be created which has a high efficiency over the entire working range of an internal combustion engine.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Bemessung des Überdruckventiles gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß der Druck an der Saugseite der Kühlmittelpumpe auch bei wechselnder Pumpenförderleistung nicht auf den Siededruck des Kühlmittels abfällt, wenn wenigstens annähernd die höchstzulässige Kühlmitteltemperatur an dieser Stelle erreicht ist, und daß zugleich der Druck im Vorlaufbereich des Kühlkreises keine höheren Werte erreicht als dies bisher schon üblicherweise bei bekannten Kühlkreisen mit einem vom Rücklaufbereich angesteuerten Überdruckventil der Fall ist. Bei bevorzugt verwendeten üblichen Wasser-Gemischen als Kühlmittel ergeben sich die beispielsweise angegebe- . nen Werte des Überdruckventiles, die den bisher üblichen Bemessungen von Kühlkreisen angepaßt sind. Die Anordnung des Überdruckventiles nach Anspruch 2 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, zumal nach dem Abstellen das im Kühler befindliche Kühlmittel sehr rasch abkühlt und durch dessen negative Wärmedehnung der Druck im gesamten Kühlkreis entsprechend rasch auf geringere Werte abfällt.The invention solves this problem by dimensioning the pressure relief valve according to the characterizing part of patent 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 even when the pump delivery capacity changes, if at least approximately the maximum permissible coolant temperature reached 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 previously been the case with known cooling circuits with a pressure relief valve controlled by the return area. In the case of conventional water mixtures which are preferably used as coolants, the results given, for example, NEN 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 2 gives in connection with the pressure drop at the outlet of the cooling jacket of the machine the advantage that during the operation of the machine, the pressure curve of the coolant is within normal limits, but after the machine has been switched off for the post-heating process by temperature compensation between the components and the coolant there is an overpressure higher by the mentioned pressure drop to avoid re-boiling. Since there is only a static pressure load on the cooling circuit, this is within the usual limits, especially since the coolant in the cooler cools down very quickly after it has been switched off, and due to its negative thermal expansion, the pressure in the entire cooling circuit drops correspondingly quickly to lower values.

Die Merkmale des Anspruches 3 geben eine Lehre zur Abstimmung der Gesamtelastizität des Kühlkreises und der Druckänderungen des Kühlmittels über dessen Temperaturänderungen mittels elastischer Schlauchleitungen, wodurch beim Absinken der Kühlmitteltemperatur ein Überschreiten des Siededruckes vor allem an der Saugseite der Kühlmittelpumpe ohne zusätzlichen Bauaufwand ausgeschlossen wird.The features of claim 3 provide a lesson for coordinating the overall elasticity of the cooling circuit and the pressure changes of the coolant via its temperature changes by means of elastic hose lines, which means that when the coolant temperature drops, an excess of the boiling pressure, particularly on the suction side of the coolant pump, is excluded without additional construction costs.

Eine Abstimmung der Elastizität des Kühlkreises mittels eines bauaufwendigen zusätzlichen Puffergefäßes enthält zwar die DE-Z-Technische Rundschau Nr. 46, 29.10.1971 ; dabei ist jedoch ausschließlich die Druckänderung des Kühlmittels aufgrund dessen Temperaturänderung berücksichtigt. Die Druckverlaufsänderung durch den Wechsel der Pumpenförderleistung ist dagegen nicht in die Abstimmung einbezogen.A coordination of the elasticity of the cooling circuit by means of an additional buffer vessel, which is expensive to construct, contains DE-Z-Technische Rundschau No. 46, October 29, 1971; however, only the pressure change of the coolant due to its temperature change is taken into account. The change in pressure curve due to the change in the pump delivery rate, however, is not included in the coordination.

. Dieses Patent basiert auf einer Teilanmeldung zu EP-81-0 100 917. Eine weitere Teilanmeldung zu EP-B1-0 100 917 ist EP-A-0 163 006.. This patent is based on a divisional application for EP-81-0 100 917. Another divisional application for EP-B1-0 100 917 is EP-A-0 163 006.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt. Sie zeigt einen Kühlkreis für Brennkraftmaschinen in schematischer Darstellung mit einem erfindungsgemäßen Überdruckventil im Vorlaufwasserkasten eines Kühlers.The invention is shown for example in the drawing. It shows a cooling circuit for internal combustion engines in a schematic representation with a pressure relief valve according to the invention in the flow water tank of a cooler.

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.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. At the outlet 4 of the cooling jacket 2, a flow 5 is connected as a line connection with a free passage to a cooler 6. The flow 5 opens into a cooler flow water tank 7. A short circuit 8 branches off from the flow 5 and flows into one Mixing thermostat 9, this mouth being controlled by a short-circuit valve 10 of the mixing thermostat 9. From a cooler-return water box 11, 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.

Am Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7 ist ein Überdruckventil 17 angeordnet, das mittels einer Abströmleitung 18 mit einem zur Atmosphäre offenen Ausgleichsbehälter 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 angesprechendes 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 Innenraumes 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.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 flow 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.

' Parallel zum Überdruckventil 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. Ein oder mehrere relativ großflächige Feinsiebe 23 im Kühler 6 bzw. im Ausgleichsbehälter 19 vermeiden ein durch vom Kühlmittel mitgerissene Schmutzteilchen verursachtes Undichtwerden der Ventile.'In parallel to the pressure relief valve 17, the outflow line 18 is connected to a vent valve 22 which, due to its design as a sniffing, non-return or float valve or the like, is opened by the action of gravity when air and pressure-free cooling circuit are applied. One or more relatively large-area fine screens 23 in the cooler 6 or in the expansion tank 19 prevent the valves from becoming leaky due to dirt particles entrained by the coolant.

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 Nachsaügleitung 20 an der Saugseite 16 der Kühlmittelpumpe 3 liegt. In den Füllstutzen 21' bzw. in den Füllstutzen-Deckel ist ein Niveau-Schwimmerschalter 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.In addition to the vacuum valve 21, 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 to reduce 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 "is installed in the filler neck 21 'or in the filler neck cover, which controls a display circuit when air accumulates in the filler neck 21', regardless of whether or not an optically recognizable reserve quantity is still contained in the expansion tank 19 .

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-Vortauf-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 Füllstutzen 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.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 pre-water tank 7 and the vent line 25 into the filler neck 21 'as well as through the open vent valve 22 and the outflow line 18 escapes to the atmosphere in the expansion tank 19. As soon as the level of the flow 5 of the coolant is reached in the machine 1 and at the same time through the suction line 15, the mixing chamber 14 and the open short-circuit valve 10 of the mixing thermostat 9 in the short-circuit 8, the cooler 6 and the return line 12 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 neck 21 fill completely. After the filler neck has been closed, 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 event 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 displaced from the cooling circuit by the pressure relief valves 17, 17 'or 17 "and 24.

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 Minimal-Volumen aufweist, enthält der Ausgleichsbehälter 19 einen entsprechenden Minimalinhalt. 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 an- dererseits 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 Überdruckventiies 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.When the internal combustion engine 1 is operating, which usually begins with a cold start after a long cooling, and in which the likewise cooled coolant content of the entire cooling circuit has a certain minimum volume, the expansion tank 19 contains a corresponding minimum content. When starting the cooled engine, the first increase in rotational speed immediately leads to the construction of a conveying amount of the coolant pump 3, on the one hand downstream a decrease in the Pumpensaugdruckes among before the start in the entire cooling circuit given ambient pressure and subsequently dererse i ts a structure of a positive pressure in the coolant pump 3 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.

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 Kühlerventiles 13 und Schließen des Kurzschlußventiles 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 Kühlmantel 2, 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 Kühlmittels beim Startvorgang und je nach augenblicklicher Motordrehzahl wird der Öffnungsdruckwert des Überdruckventiles 17 von etwa 2 bar oder des Überdruckventiles 24 von etwa 1,5 bar mehr oder weniger frühzeitig vor oder nach dem Öffnen des Kühlerventiles 13 des Mischthermostats 9 erreicht. Die Motordrehzahl ist deshalb ausschlaggebend, weil die auftretende geringe Förderhöhe der Kühlmittelpumpe 3 bei niedrigen bis mittleren Drehzahlen zuerst ein Ansprechen des Überdruckventiles 24 ermöglicht, das mit einem Überdruck-Öffnungswert anspricht, der gerade um diejenige Druckdifferenz niedriger als der Überdruck-Öffnungswert des Überdruckventiles 17 liegt, die sich zwischen Stillstand oder Leerlaufdrehzahl und Höchstdrehzahl der Maschine an der Anschlußstelle 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 Nachsaugleitung 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 Überdruckventiles 24 an.During further operation of the internal combustion engine 1, due to the heat transfer in the cooling jacket 2, the temperature of the coolant rises steadily until the opening temperature value of the mixing thermostat 9 of about 80 ° C is reached. This is followed by the control range of the mixing thermostat 9 with increasing opening of the cooler valve 13 and closing of the short-circuit valve 10 and also increasing flow through the cooler 6. A further increase in temperature to above about 95 ° C leads beyond the control range of the mixing thermostat 9 with the short-circuit valve 10 closed to only flow through the cooler 6 with an increased flow rate, flow rate, heat dissipation and also increased flow resistance and pressure build-up in the cooling jacket 2, flow 5 and cooler -Flow-water tank 7. Depending on the volume and elasticity of the cooling circuit, in particular the hose lines of the flow 5, the short circuit 8, the return 12 and the suction line 15, and also depending on the starting temperature of the coolant during the starting process and depending on the current engine speed Opening pressure value of the pressure relief valve 17 of about 2 bar or of the pressure relief valve 24 of about 1.5 bar more or less reached early before or after the opening of the cooler valve 13 of the mixing thermostat 9. The engine speed is decisive because the low head of the coolant pump 3 that occurs 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 standstill or idling speed and maximum speed of the machine at the connection point of the pressure relief valve 17, 17 * or 17 ". At low engine speeds, the pressure relief valve 24 responds, which is connected to the suction side 16 of the coolant pump 3 via the 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. On the other hand, however, due to the flow resistances of the cooling circuit in the flow direction after the pressure relief valve 17, 17 'or 17 ", lower pressures occur. 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, which is distributed over the entire cooling circuit. At the lowest idling speed of the machine, the pressure differences are very small and thus, just as when the machine 1 is at a standstill, the entire cooling circuit takes over pressure corresponding to the opening value of the pressure relief valve 24.

Insgesamt kann somit im Kühlkreis regelmäßig ein Innendruck vom Umgebungsdruck bis zum Öffnungsdruckwert des Überdruckventils 17 sowie während des Betriebes der Maschine 1 im Bereich zwischen der Kühlmittelpumpe 3 und dem Überdruckventil 17, 17* bzw. 17", also vor allem im Kühlmantel 2,'ein darüber hinausgehender, vom Strömungswiderstand des Kühlkreises abhängiger Überdruck auftreten. Die eindeutige Begrenzung der Höchst- und Niedrigst-Druckwerte vermeidet einerseits eine Drucküberlastung des Kühlers 6 mit entsprechender Überdimensionierung in seiner Festigkeit und andererseits einen Druckabfall mit erhöhter Kavitationsgefahr in der Kühlmittelpumpe 3. Die sichere Funktion mit hohem Wirkungsgrad des Kühlkreises bis zur Auslegungsgrenze ist somit gewährleistet.Overall, an internal pressure from the ambient pressure to the opening pressure value of the pressure relief valve 17 as well as during operation of the machine 1 in the area between the coolant pump 3 and the pressure relief valve 17, 17 * or 17 ", that is to say in particular in the cooling jacket 2, 'can therefore generally occur in the cooling circuit The unambiguous limitation of the maximum and minimum pressure values avoids on the one hand a pressure overload of the cooler 6 with corresponding oversizing in its strength and on the other hand a pressure drop with an increased risk of cavitation in the coolant pump 3. The safe function with This ensures high efficiency of the cooling circuit up to the design limit.

Der durch die Wirkung des Überdruckventiles 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 Überdruck ist auf den betrieb der Maschine 1 mit relativ hohen Motordrehzahlen begrenzt, bei denen die Druckdifferenz zwischen der Saugseite 16 der Kühlmittelpumpe 3 und der Anschlußstelle des Überdruckventiles 17, 17' bzw. 17" größer ist als die Differenz zwischen den Überdruck-Öffnungswerten der Überdruckventile 17, 17' und 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.The overpressure which is uniformly available in the entire cooling circuit after the machine has been switched off due to the action of the pressure relief valve 24 counteracts the formation of steam during reheating or temperature compensation between the machine and the coolant. A pressure overload of the cooling circuit components does not exist due to this relatively low, exclusively statically effective overpressure. The higher overpressure determined by the relief valve 17, 17 'or 17 "is limited to the operation of the machine 1 at relatively high engine speeds, at which the pressure difference between the suction side 16 of the coolant pump 3 and the connection point of the relief valve 17, 17' or 17th "is greater than the difference between the overpressure opening values of the overpressure valves 17, 17 'and 17" on the one hand and 24 on the other hand. This higher overpressure is thus limited to a relatively small proportion of the operating time of the machine, particularly when driving vehicles the cooling circuit components, in particular the cooler and the hose lines, are thereby favored.

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, ist die Gesamt-Elastizität des Kühlkreises, vor allem mittels der Elastizität der Schlauchleitungen, entsprechend abgestimmt.When the machine 1 and the coolant cool down due to a reduction in the engine load, 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 overall elasticity of the cooling circuit is adjusted accordingly, above all by means of the elasticity of the hose lines.

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-Wasserskasten 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 Überdruckventil 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 gesamte 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 von etwa 2,0 bar 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 5 000 bis 6 000/min und hoher Druckdifferenz von etwa 1 bar zwischen Kühler-Vorlauf- Wasserkasten 7 und Saugseite 16 der Kühlmittelpumpe 3 die Motordrehzahl erheblich, insbesondere bis auf Leerlaufdrehzaht. 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 Überdruckwerte dann 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.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. As a result, after the short circuit 8 has branched off, the remaining part of the flow 5 and the cooler Flow water tank 7 separate a large part of the residual air from the coolant when the flow is calm and, in the event of a larger accumulation, flow out through the then opening vent valve 22 via the outflow line 18 and possibly 18 "to the expansion tank 19. A corresponding volume of coolant can simultaneously flow through the after-suction line 20 and the pressure relief valve 21 are sucked into the filler neck 21 ', which is due to the effect of the pump suction pressure via the suction line 20 leading to the suction side 16. Through the vent line 25 and the throttle 26, the venting current flows to the filler neck 21', which the remaining small residual air fractions in conducts the filler neck and there upstream of the further pressure relief valve 24. As soon as the overpressure value of approximately 1.5 bar of this pressure relief valve 24 is reached due to the heating of the machine 1 and the coolant, as well as due to the thermal expansion and pressure increase of the coolant, this opens and leaves the sat residual air flow 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 approximately 2.0 bar of the overpressure valve 17 is reached in the cooler flow water tank. However, no upstream residual air fractions are removed, but only residual air fractions directly contained or dissolved in the emerging coolant are discharged into the expansion tank 19 and thus into the atmosphere. A further venting and pushing out of coolant with residual air from the filler neck 21 'into the expansion tank 19 through the pressure relief valve 24 also occurs whenever, after a warm-up operating time with a high engine speed of approximately 5,000 to 6,000 / min and a high pressure difference of about 1 bar between the cooler flow water tank 7 and the suction side 16 of the coolant pump 3, the engine speed considerably, in particular up to idle speed. falls off. The overpressure opening value of about 2 bar of the overpressure valve 17 is namely at least approximately reached at first and, in contrast, the overpressure opening value of about 1.5 bar of the further overpressure valve 24 is substantially undercut. When the engine speed drops, 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. During the subsequent subsequent subsequent heating of the coolant by the temperature compensation between the highly heated machine 1 and the coolant, the overpressure opening value of the pressure relief 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.

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.In the expansion tank 19 differs at atmospheric pressure and ambient temperature, for. B. engine compartment temperature of vehicles in the coolant as bubbles or air contained in solution from 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.

Claims (3)

1. A- cooling circuit for liquid-cooled internal combustion engines having a coolant pump (3) arranged at the inlet to the cooling jacket (2) of the engine (1), which pump effects circulation of a liquid coolant, especially a mixture of water with anti-freeze and anti-corrosive additives, in the cooling jacket (2), a radiator (6), a thermostat (9) and the connecting conduits thereof (top hose 5, bottom hose 12 and by-pass 8) with a pressure drop changing with the engine rotation rate, and having a pressure-relief valve (17, 17' and/or 17") opening to the atmosphere and actuated by the coolant pressure in the top hose region - including cooling jacket (2), top hose (5) and radiator header tank (7) - for the limitation of the maximum coolant pressure, characterised in that the pressure-relief valve (17) has an excess pressure opening value - in the case of water mixtures as coolant - of about 1.5 to 2.2 bars, which lies higher than the boiling pressure of the coolant on the occurrence of the maximum permissible coolant temperature on the suction side (16) of the coolant pump (3) - about 90 to 120 degrees C. in the case of water mixtures as coolant - by at least that pressure difference - ordinarily of about 0.5 to 1.2 bars - which occurs between the suction side (16) of the coolant pump (3) and the connection point of the pressure-relief valve (17, 17', 17") when substantially the maximum delivery performance of the coolant pump (3) occurs with the radiator valve (13) of the thermostat (9) fully opened.
2. A cooling circuit according to Claim 1, characterised in that the pressure-relief valve (17") is connected to the cooling jacket (2) in advance of its outlet (4).
3. A cooling circuit according to Claim 1, characterised by elastic hoses (for top hose 5, by-pass 8, bottom hose 12, suction pipe 15, secondary suction pipe 20 and air-discharge pipe 25) in the feed and return zones between the cooling jacket (2), radiator (6), thermostat (9) and/or coolant pump (3), the elasticity of which hoses, in common with the elasticity of the further hollow spaces containing coolant and/or the proportions of air or gas contained in these according to the variations of volume and pressure of the coolant caused by temperature changes, is adapted to the pressure gradient variations dependent upon pump delivery performance and the pressure-relief opening value of the pressure-relief valve (17, 17' and/or 17") in such a way that, with changing coolant temperature and rotation rate of the engine or coolant pump, the coolant pressure on the suction side (16) of the coolant pump (3) always lies above the boiling pressure of the coolant in each case.
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