EP0250734B1 - Kühleinrichtung in einem flüssigkeitsgekühlten Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor - Google Patents

Kühleinrichtung in einem flüssigkeitsgekühlten Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor Download PDF

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EP0250734B1
EP0250734B1 EP87105343A EP87105343A EP0250734B1 EP 0250734 B1 EP0250734 B1 EP 0250734B1 EP 87105343 A EP87105343 A EP 87105343A EP 87105343 A EP87105343 A EP 87105343A EP 0250734 B1 EP0250734 B1 EP 0250734B1
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EP
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cooling
bubble separator
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water
funnel
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Heinz Gusinde
Horst Steinert
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MAN Nutzfahrzeuge AG
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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
    • F01P11/028—Deaeration devices

Definitions

  • the invention relates to a cooling device in a motor vehicle for liquid cooling of its internal combustion engine with features according to the preamble of claim 1.
  • the invention is based on a prior art according to DE-A 14 26 185, in which a large-volume calming space is provided as part of the cooling device for a motor vehicle engine in the form of a container.
  • This forms an additional volume and is connected via a riser pipe with a relatively large diameter to a ventilation line which is laid between the inlet-side water tank of the cooler and the expansion tank.
  • Said riser pipe starts at a point near the entry point of the container.
  • an overflow transverse wall is provided in the middle of the container from the bottom of the container, which rises vertically and extends approximately to the middle height, and which is intended to promote the separation of air inclusions carried in the suction line to the riser pipe.
  • This type of design and volume dimensioning of the bubble separator according to the invention make it possible to achieve a noticeable reduction in the cooling water flow rate.
  • the air bubbles to be separated are practically forced up on the inclined wall of the bubble separator and introduced directly into the riser pipe. This enables a very high degree of separation to be achieved; the water pump only sucks in air-free cooling water as far as possible, which means that cavitation damage with the resultant partial destruction of engine components or the total failure of the engine can be effectively avoided.
  • the fact that the coolant flowing through the heating circuit is also included in this bubble separation not only ensures that the entire cooling system quickly becomes bubble-free, but also effectively prevents cooling water that is too strongly mixed with air bubbles from being used in the heating circuit could reduce the heating effect.
  • a cooling water expansion tank 6 is arranged above the cooler 3.
  • a line 7 with the check valve 15 connected connects the cooling water expansion tank 6 to the upper water tank of the cooler 3, while a line 8 connects the cooling water expansion tank 6 to the line 4 which extends between the lower water tank of the cooler 3 and the water pump 12.
  • a line 9 branches off from the engine 1, which leads to a heat exchanger 10 and, like the latter and a line 11 extending from it, is part of a heating circuit.
  • a bubble separator 13 is installed in the line 4 shortly before the water pump 12 connected to the motor 1.
  • the heating circuit 9, 10, 11 opens with its line 11 in flow upstream of the bubble separator 13 into line 4.
  • a riser pipe is designated, in which a check valve 15 is also installed and which is connected on the one hand to the expansion tank 6 and on the other hand to the bubble separator 13.
  • the bubble separator 13 as can be seen from the drawing, is designed as a funnel-shaped extension of the riser pipe 14, arranged at its lower end and connected to the line 4 with its expanded funnel entry base 17.
  • the engine 1 is vented via line 16.
  • Fig. 2 shows schematically an embodiment of the bubble separator 13, which is delimited by conical wall parts 18.
  • the bubble separator 13 tapers upwards from the funnel inlet base 17 lying in the plane of the line 4 to the point where it enters the riser pipe 14.
  • Fig. 3 shows schematically an embodiment of the bubble separator 13, in which the latter is delimited by an inclined wall 19 and a vertical wall 20, the inclined delimitation wall 19 being arranged closer to the cooler 3 in terms of flow and for an inclined upward passage of excreted air to the riser pipe 14 cares.
  • the bubble separator 13 generally has a holding volume of at least 3 times the amount of liquid that the inlet cross section of the water pump 12 allows.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung in einem Kraftfahrzeug für die Flüssigkeitskühlung von dessen Verbrennungsmotor mit Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Die Erfindung geht aus von einem Stand der Technik gemäß der DE-A 14 26 185, bei der ein großvolumiger Beruhigungsraum als Teil der Kühleinrichtung für einen Kfz-Motor in Form eines Behälters vorgesehen ist. Dieser bildet ein Zusatzvolumen und ist über ein Steigrohr mit relativ großem Durchmesser an eine Entlüftungsleitung angeschlossen, die zwischen eintrittseitigem Wasserkasten des Kühlers und dem Ausgleichsbehälter verlegt ist. Das besagte Steigrohr geht oben von einer in der Nähe der Eintrittsstelle des Behälters liegenden Stelle aus. Außerdem ist in der Mitte des Behälters von dessen Boden senkrecht hochstehend und etwa bis zur mittleren Höhe reichend eine Überfall-Querwand vorgesehen, die das Abscheiden von in der Saugleitung mitgeführter Lufteinschlüsse zum Steigrohr hin begünstigen soll. Das Hinführen der Luftblasen zum Steigrohr wird in diesem Fall mithin nicht durch die Gestaltung des Behälters als solchem, sondern durch besondere Einbauten in den Behälter erzielt. Da im übrigen in der Beschreibung nichts über die konkrete Form dieses Behälters ausgesagt ist, kann nur die in der Zeichnung dargestellte Form angenommen werden, das ist jene eines quaderförmigen Hohlkörpers mit ebenen Wänden sowie ebenem Boden und hierzu paralleler Decke. Mit diesem bekannten Behälter scheint aufgrund der eingebauten Querwand deswegen eine Beruhigung des Kühlmittels kaum erzielbar, denn das Kühlmittel wird beim Überströmen der Querwand doch eher verwirbelt als beruhigt. Es mag wohl sein, daß das Kühlmittel eingangs des Behälters etwas beruhigt wird. In diesem Bereich sind aber keine Hilfsmittel gegeben, die das Abscheiden der eingeschlossenen Luft zum Steigrohr hin begünstigen könnten. Die Querwand jedenfalls macht den Effekt zunichte, denn die anschließende Verwirbelung des Kühlmittels ist eher fördernd für eine Blasenbildung, welche es wegen der Gefahren für Wasserpumpe und Leitungswege gerade zu vermeiden gilt.
  • Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die Kühleinrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine ausreichend gute Beruhigung des Kühlwasserstromes mit bestmöglicher permanenter Ausscheidung von Luftblasen aus letzterem und eine permanente schnelle Abführung der ausgeschiedenen Luft aus der Abscheidezone erzielbar ist.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Kühleinrichtung mit den gattungsgemäßen Merkmalen erfindungsgemäß durch Ausbildung und Erweiterung derselben um die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Durch diese erfindungsgemäße Art der konstruktiven Ausgestaltung und volumenmäßige Bemessung des Blasenabscheiders ist eine merkliche Reduzierung der Kühlwasserströmungsgeschwindigkeit erzielbar. Außerdem werden die abzuscheidenden Luftblasen an der schrägen Wand des Blasenabscheiders praktisch zwangsweise hochgeführt und direkt in das Steigrohr eingeleitet. Damit ist ein sehr hoher Abscheidungsgrad erzielbar, die Wasserpumpe saugt nur noch weitestgehend luftfreies Kühlwasser an, wodurch Kavitationsschäden mit der Folge partieller Zerstörung von Motorbauteilen oder der Totalausfall des Motors wirksam vermeidbar sind. Dadurch, daß auch das den Heizkreislauf durchströmende Kühlmittel in diese Blasenabscheidung mit einbezogen wird, ist nicht nur sichergestellt, daß das ganze Kühlsystem schnell blasenfrei wird, sondern auch wirksam verhindert, daß im Heizkreislauf selbst zu stark mit Luftblasen versetztes Kühlwasser zum Einsatz kommt, was die Heizwirkung herabsetzen könnte.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Nachstehend ist die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele in ihren Einzelheiten beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
    • Fig. 1 eine Kühleinrichtung in schematischer Darstellung,
    • Fig. 2 als vergrößerten Ausschnitt von Fig. 1 den dortigen Blasenabscheider, und
    • Fig. 3 schematisiert eine andere Ausführungsform eines Blasenabscheiders in Verbindung mit einem Kühlwasser-Ausgleichsbehälter.
  • Fig. 1 zeigt einen flüssigkeitsgefüllten Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor 1 mit Getriebe 2 und einem Kühler 3, der über Leitungen 4, 5 mit dem Motor 1 verbunden ist. Oberhalb des Kühlers 3 ist ein Kühlwasser-Ausgleichsbehälter 6 angeordnet. Eine Leitung 7 mit eingeschaltetem Rückschlagventil 15 verbindet den Kühlwasser-Ausgleichsbehälter 6 mit dem oberen Wasserkasten des Kühlers 3, während eine Leitung 8 den Kühlwasser-Ausgleichsbehälter 6 mit jener Leitung 4 verbindet, die sich zwischen unterem Wasserkasten des Kühlers 3 und der Wasserpumpe 12 erstreckt. Vom Motor 1 zweigt eine Leitung 9 ab, die zu einem Wärmetauscher 10 führt und ebenso wie letzterer und eine von diesem abgehende Leitung 11 Teil eines Heizkreislaufes ist. In die Leitung 4 ist kurz vor der mit dem Motor 1 verbundenen Wasserpumpe 12 ein Blasenabscheider 13 eingebaut. Der Heizkreislauf 9, 10, 11 mündet mit seiner Leitung 11 strömungsmäßig vor dem Blasenabscheider 13 in die Leitung 4 ein. Mit 14 ist ein Steigrohr bezeichnet, in das ebenfalls ein Rückschlagventil 15 eingebaut ist und das einerseits mit dem Ausgleichsbehälters 6, andererseits mit dem Blasenabscheider 13 verbunden ist. Der Blasenabscheider 13 ist, wie aus der Zeichnung ersichtlich, als trichterförmige Erweiterung des Steigrohres 14 ausgebildet, an dessen unterem Ende angeordnet und mit seiner erweiterten Trichtereintrittsbasis 17 an der Leitung 4 angeschlossen. Die Entlüftung des Motors 1 erfolgt über die Leitung 16.
  • Fig. 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform des Blasenabscheiders 13, der durch keglig zueinander stehende Wandteile 18 begrenzt ist. In diesem Fall verjüngt sich der Blasenabscheider 13 von der in der Ebene der Leitung 4 liegenden Trichter-Eintrittsbasis 17 aus nach oben bis zur Einmündung in das Steigrohr 14.
  • Fig. 3 zeigt schematisch eine Ausführungsform des Blasenabscheiders 13, bei der letzterer durch eine schräge Wand 19 und eine vertikale Wand 20 begrenzt ist, wobei die schräge Begrenzungswand 19 strömungsmäßig gesehen näher zum Kühler 3 hin angeordnet ist und für eine schräge Hochleitung ausgeschiedener Luft zum Steigrohr 14 sorgt.
  • Der Blasenabscheider 13 hat generell ein Aufnahmevolumen von wenigstens dem 3-fachen jener Flüssigkeitsmenge, die der Einlaßquerschnitt der Wasserpumpe 12 durchläßt.

Claims (3)

1. Kühleinrichtung in einem Kraftfahrzeug für die Flüssigkeitskühlung von dessen Verbrennungsmotor (1), mit einem Kühler (3), einer Wasserpumpe (12), einem Kühlwasser-Ausgleichsbehälter (6), einer kühlwasserdurchflossenen Heizeinrichtung (10), einer Motorentlüftung (16), diversen Regel-und Verbindungselementen sowie einem in die Verbindungsleitung (4) zwischen Kühler und Wasserpumpe eingeschalteten großvolumigen Blasenabscheider (13), an dem ein Steigrohr (14) zur Aufnahme abgeschiedener und in den Kühlwasser-Ausgleichsbehälter (6) einzuleitender Luft angeschlossen ist, gekennzeichnet durch folgende weitere Merkmale, nämlich
- das Steigrohr (14) ist direkt mit dem Kühlwasser-Ausgleichsbehälter (6) verbunden,
- der Blasenabscheider (13) ist als trichterförmige Erweiterung des Steigrohres (14) ausgebildet, an dessen unterem Ende angeordnet und mit seiner erweiterten Trichter-Eintrittsbasis (17) an der Verbindungsleitung (4) angeschlossen,
- der Blasenabscheider (13) wird auch zur Entlüftung des Heizkreislaufes (9, 10, 11) herangezogen, wofür letzterer strömungsmäßig vor dem Blasenabscheider (13) einmündend an der Verbindungsleitung (4) angeschlossen ist, und
- der Blasenabscheider (13) ist auf ein Aufnahmevolumen von wenigstens der 3-fachen Flüssigkeitsmenge, die der Einlaßquerschnitt der Wasserpumpe durchläßt, ausgelegt.
2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Blasenabscheider (13) bildende trichterförmige Erweiterung des Steigrohres (14) durch keglig zueinander stehende Wandteile (18) begrenzt ist.
3. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Blasenabscheider (13) bildende trichterförmige Erweiterung des Steigrohres (14) mit einer schrägen Begrenzungswand (19) und einer vertikalen Begrenzungswand (20) an der Verbindungsleitung (4) angeschlossen ist, wobei die schräge Begrenzungswand (19) strömungsmäßig gesehen näher zum Kühler (3) hin angeordnet ist und für eine schräge Hochleitung ausgeschiedener Luft zum Steigrohr (14) sorgt.
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