EP2486255B1 - Kühlsystem, insbesondere für einen verbrennungsmotor - Google Patents

Kühlsystem, insbesondere für einen verbrennungsmotor Download PDF

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EP2486255B1
EP2486255B1 EP10768444.1A EP10768444A EP2486255B1 EP 2486255 B1 EP2486255 B1 EP 2486255B1 EP 10768444 A EP10768444 A EP 10768444A EP 2486255 B1 EP2486255 B1 EP 2486255B1
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EP
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cooling system
valve
float
expansion tank
cooling circuit
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Markus Amrhein
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Mahle Behr GmbH and Co KG
Mahle Behr Industry GmbH and Co KG
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Behr GmbH and Co KG
Behr Industrieanlagen GmbH and Co KG
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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
    • 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
    • F01P2025/00—Measuring
    • F01P2025/70—Level

Definitions

  • the invention relates to a cooling system, in particular for an internal combustion engine, according to the preamble of claim 1.
  • the shut-off member is designed as a float valve, wherein in particular a float is disposed within the surge tank.
  • float valves provide a reliable, low-maintenance and especially purely mechanical solution to an automatic shut-off of the filling during the filling to guaran th.
  • the float valve is arranged as a shut-off valve in the filling, wherein the filling line from the float valve to the lower Area of the cooling circuit leads.
  • the float valve comprises a linearly movable valve slide, wherein the valve slide forms a closure between a float side and a line side of the float valve.
  • the shut-off member is designed as a level controller.
  • the level controller is particularly preferably formed mechanically, so that can be dispensed with a circuit for operating the level controller.
  • a shuttle line leads from the surge tank to the level controller.
  • the total of not more than two manually operated valves are provided, namely exactly one inflow valve and exactly one drain valve.
  • a required there control valve can be saved compared to the prior art.
  • the cooling system according to the invention is part of an internal combustion engine of a locomotive.
  • the cooling system according to the invention advantageously comprises a total amount of coolant of more than 100 liters, in particular of more than 500 liters. With such quantities of coolant, the advantages of the invention are particularly evident due to the long filling times.
  • Known, known cooling system comprises a cooling circuit 1 ', which is connected to a arranged with respect to gravity above the expansion tank 2' by means of a compensation line 3 '.
  • refrigerant is passed into a first branch a or b in a second branch, wherein the first branch a in a lower region or sump of the cooling circuit 1' opens.
  • the second branch b opens via a float valve 7 'in an upper region of the surge tank 2', wherein in the region of the confluence a drain valve 8 'is provided.
  • a sight glass 2a' is provided in the surge tank 2 ' also a sight glass 2a' is provided.
  • the first embodiment of a cooling system according to the invention Fig. 2 includes in the same arrangement as in the prior art, a cooling circuit 1 with arranged above the expansion tank 2, which is connected via a compensation line 3. Likewise, there is a filling line 4, which can be flowed through in the region of a connection by means of an inflow valve 5 with coolant for filling the cooling system.
  • the shut-off member 7 is designed as a float valve, so that the filling line 4 is blocked in dependence on a coolant level (dashed line) in the expansion tank 2.
  • the coolant can not flow directly through the float valve 7 in the surge tank 2, but arranged within the surge tank 2 float 7a of the float valve 7 serves only as a mechanical filling level sensor actuation of the blocking of the completely outside the surge tank 2 extending filling line 4th
  • Fig. 3 shows a sketch of a possible, but not necessary realization of such a float valve 7.
  • the float valve 7 is flanged by means of a flange plate 7b at a lateral opening in the expansion tank 2. on the flange plate is a hollow cylindrical passage 7 c, in which a cylindrical valve spool 7 d is received.
  • the valve spool 7 d is connected via a link mechanism 7 e to the float 7 a, so that a lifting of the float 7 a movement of the valve spool 7 e in the closing direction, or in Fig. 3 to the right, causes.
  • an end seal 7f of the valve spool 7d lies in a valve seat 7g, whereby a flow through the float valve from an inlet 7h to an outlet 7i is closed.
  • the valve spool 7d of the float valve 7 thus forms a closure in each position between the float side or the interior of the expansion tank and the line side or the area of the float valve 7 through which coolant can flow.
  • the second embodiment according to the invention Fig. 4 differs from the example Fig. 2 only in that instead of the float valve 7, a mechanical level controller 9 is provided as a concrete formation of the automatic shut-off, by means of which the Fill line 4 is blocked when reaching a predetermined level in the expansion tank.
  • a mechanical level controller 9 is provided as a concrete formation of the automatic shut-off, by means of which the Fill line 4 is blocked when reaching a predetermined level in the expansion tank.
  • an air-conducting pendulum line 10 leads from the expansion tank to the level controller 9, which is arranged on the outside of the expansion tank.
  • the level controller 9 may be formed in any known manner.
  • the mechanical level controller is shown as a rectangular symbol in which a branch and a gate valve are arranged.
  • the cooling systems described above are used in diesel engine locomotives, respectively.
  • the filling amount of the cooling circuit 1 is typically about 700 l, the reservoir having a capacity of about 140 l.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Es ist zu Kühlsystemen für Dieselmotoren von Lokomotiven bekannt, diese in einem zweistufigen Verfahren zu befüllen. Dabei erfolgt eine manuelle Umstellung eines Ventils, nachdem ein Mindestfüllstand in einem Schauglas eines Ausgleichsbehälters angezeigt wird, um nachfolgend den Ausgleichsbehälter über einen direkten Zufluss weiter zu befüllen. Solche Kühlkreisläufe sind aus WO88/09429 oder US5 390 636 bekannt.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Kühlsystem anzugeben, mittels dessen eine einfache und bediensichere Befüllung erfolgen kann.
  • Diese Aufgabe wird für ein eingangs genanntes Kühlsystem erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Kombination des automatischen Absperrglieds mit der in den unteren Bereich des Kühlkreislaufs mündenden Füllleitung kann die gesamte Befüllung automatisch erfolgen, wobei zunächst der Kühlkreislauf zur optimalen Entlüftung von unten vollläuft und nachfolgend ohne weiteren Eingriff durch das Bedienpersonal der Ausgleichsbehälter über die Ausgleichsleitung befüllt wird. Bei Erreichen eines vorbestimmten Pegelstands im Ausgleichsbehälter wird die Füllleitung dann automatisch abgesperrt.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Absperrglied als ein Schwimmerventil ausgebildet ist, wobei insbesondere ein Schwimmer innerhalb des Ausgleichsbehälters angeordnet ist. Solche Schwimmerventile stellen eine zuverlässige, wartungsarme und insbesondere rein mechanische Lösung dar, um ein automatisches Absperren der Füllleitung während des Befüllvorgangs zu gewährleis ten. In bevorzugter Weiterbildung ist hierzu das Schwimmerventil als Absperrventil in der Füllleitung angeordnet, wobei die Füllleitung von dem Schwimmerventil zu dem unteren Bereich des Kühlkreislaufs führt. In bevorzugter, aber nicht notwendiger Detailgestaltung umfasst das Schwimmerventil dabei einen linear beweglichen Ventilschieber, wobei der Ventilschieber einen Verschluss zwischen einer Schwimmerseite und einer Leitungsseite des Schwimmerventils ausbildet. Hierdurch ist eine einfache und zuverlässige Bauweise des Schwimmerventils ermöglicht, die bezüglich der Baukosten zum Beispiel mit Schwimmerventilen nach dem Stand der Technik vergleichbar sind, bei denen eine unmittelbare Befüllung des Ausgleichsbehälters über das Schwimmerventil erfolgt.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann ist es vorgesehen, dass das Absperrglied als ein Niveauregler ausgebildet ist. Der Niveauregler ist besonders bevorzugt mechanisch ausgebildet, so dass auf einen Stromkreis zum Betrieb des Niveaureglers verzichtet werden kann. In zweckmäßiger Detailgestaltung ist dabei der Niveauregler an dem Ausgleichsbehälter angeordnet ist, wobei bevorzugt eine Pendelleitung von dem Ausgleichsbehälter zu dem Niveauregler führt.
  • Allgemein bevorzugt ist es zur Einsparung von Kosten und Vereinfachung der Bedienung vorgesehen, das insgesamt nicht mehr als zwei manuell betätigte Ventile vorgesehen sind, nämlich genau ein Zuflussventil und genau ein Entleerungsventil. Hierdurch kann im Vergleich zum Stand der Technik ein dort erforderliches Stellventil eingespart werden.
  • In allgemein bevorzugter Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Kühlsystem Teil eines Verbrennungsmotors einer Lokomotive.
  • Das erfindungsgemäße Kühlsystem umfasst vorteilhaft eine Gesamtmenge an Kühlmittel von mehr als 100 Litern, insbesondere von mehr als 500 Litern. Bei solchen Kühlmittelmengen kommen die Vorteile der Erfindung aufgrund der langen Befüllzeiten besonders deutlich zum Tragen.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
    • Fig. 1
    zeigt ein Kühlsystem nach dem Stand der Technik.
    Fig. 2
    zeigt ein Kühlsystem gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
    Fig. 3
    zeigt eine Schnittansicht eines Schwimmerventils des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2.
    Fig. 4
    zeigt ein Kühlsystem gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
    Kühlsystem nach dem Stand der Technik:
  • Das in Fig. 1 gezeigte, bekannte Kühlsystem nach dem Stand der Technik umfasst einen Kühlkreislauf 1', der mit einem bezüglich der Schwerkraft über ihm angeordneten Ausgleichsbehälter 2' mittels einer Ausgleichsleitung 3' verbunden ist.
  • Eine Füllleitung 4' führt von einem Anschuss, in dessen Bereich ein manuell betätigbares Zuflussventil 5' in Form eines Kugelhahns vorgesehen ist, zu einem 2-Wege-Ventil 6'. Je nach Stellung des 2-Wege-Ventils 6' wird zu befüllendes Kühlmittel in einen ersten Zweig a oder in einen zweiten Zweig b geleitet, wobei der erste Zweig a in einen unteren Bereich bzw. Sumpf des Kühlkreislaufs 1' mündet. Der zweite Zweig b mündet über ein Schwimmerventil 7' in einen oberen Bereich des Ausgleichsbehälters 2', wobei im Bereich der Einmündung ein Entleerungsventil 8' vorgesehen ist. Weiterhin ist in dem Ausgleichsbehälter 2' zudem ein Schauglas 2a' vorgesehen.
  • Die Befüllung des Kühlsystems nach dem Stand der Technik läuft wie folgt ab:
    • Zunächst wird mittels des 2-Wege-Ventils 6' der Zweig a eingestellt und das Zuflussventil 5' geöffnet. Unter Entlüftung des Kühlkreises strömt Kühlmittel durch den unteren Bereich des Kühlkreises 1' ein, bis eine Bedienperson Kühlmittel im Schauglas 2a' erblickt (untere gestrichelte Linie), also nach vollständiger Befüllung des Kühlkreises und vor vollständiger Befüllung des Ausgleichsbehälters. Dann wird das Ventil 6' durch die Bedienperson auf den zweiten Zweig b umgestellt, so dass das Kühlmittel durch das Schwimmerventil 7' in den Ausgleichsbehälter 2' strömt. Bei Erreichen des gewünschten Füllstands des Ausgleichsbehälters (obere gestrichelte Linie) schließt das Schwimmerventil 7', so dass eine Überfüllung des Ausgleichsbehälters vermieden wird.
  • Das erste erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel eines Kühlsystems nach Fig. 2 umfasst in gleicher Anordnung wie nach dem Stand der Technik einen Kühlkreislauf 1 mit darüber angeordnetem Ausgleichsbehälter 2, der über eine Ausgleichsleitung 3 verbunden ist. Ebenso liegt eine Füllleitung 4 vor, die im Bereich eines Anschlusses mittels eines Zuflussventils 5 mit Kühlmittel zur Befüllung des Kühlsystems beströmt werden kann.
  • Im Unterschied zum Stand der Technik erfolgt keine Verzweigung der Füllleitung, sondern die Füllleitung 4 führt nur über ein automatisches Absperrglied 7 zu ihrer Einmündung in den unteren Bereich des Kühlkreises 1 Dort ist ebenfalls ein Entleerungsventil 8 angeordnet.
  • Das Absperrglied 7 ist als Schwimmerventil ausgebildet, so dass die Füllleitung 4 in Abhängigkeit von einer Kühlmittelhöhe (gestrichelte Linie) in dem Ausgleichsbehälter 2 versperrt wird. Im Unterschied zum Stand der Technik kann das Kühlmittel nicht unmittelbar durch das Schwimmerventil 7 in den Ausgleichsbehälter 2 strömen, sondern der innerhalb des Ausgleichsbehälters 2 angeordnete Schwimmer 7a des Schwimmerventils 7 dient nur als mechanischer Füllhöhensensor der Betätigung der Absperrung der vollständig außerhalb des Ausgleichsbehälters 2 verlaufenden Füllleitung 4.
  • Fig. 3 zeigt eine Skizze einer möglichen, aber nicht notwendigen Realisierung eines solchen Schwimmerventils 7. Das Schwimmerventil 7 ist mittels einer Flanschplatte 7b an einer seitlichen Öffnung im Ausgleichsbehälter 2 angeflanscht. auf der Flanschplatte befindet sich ein hohlzylindrischer Durchgang 7c, in dem ein zylindrischer Ventilschieber 7d aufgenommen ist. Der Ventilschieber 7d ist über ein Lenkergetriebe 7e mit dem Schwimmer 7a verbunden, so dass ein Anheben des Schwimmers 7a eine Bewegung des Ventilschiebers 7e in Schließrichtung, bzw. in Fig. 3 nach rechts, bewirkt.
  • In vollständig geschlossener Stellung liegt eine stirnseitige Dichtung 7f des Ventilschiebers 7d in einem Ventilsitz 7g, wodurch eine Durchströmung des Schwimmerventils von einem Einlass 7h zu einem Auslass 7i verschlossen ist.
  • Der Ventilschieber 7d des Schwimmerventils 7 bildet somit in jeder Stellung einen Verschluss zwischen der Schwimmerseite bzw. dem Innenraum des Ausgleichsbehälters und der Leitungsseite bzw. dem von Kühlmittel durchströmbaren Bereich des Schwimmerventils 7.
  • Die Befüllung gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel läuft wie folgt ab:
    • Durch Öffnen des Zuflussventils 5 wird Kühlmittel von unten in den Kühlkreislauf 1 eingeströmt, bis dieser vollständig gefüllt und entlüftet ist. Ohne weitere Maßnahmen strömt dann das Kühlmittel durch die Ausgleichsleitung 3 in den Ausgleichsbehälter 2, bis der Füllstand bzw. der Schwimmer 7a eine Höhe erreicht, in der das Schwimmerventil 7 schließt bzw. die weiterhin in den unteren Bereich des Kühlkreises einmündende Füllleitung 4 versperrt. Ein Überlaufen des Ausgleichsbehälters ist dadurch vermieden. Zuletzt wird das Zuflussventil 5 wieder geschlossen.
  • Ein Vergleich der erfindungsgemäßen Ausführungsform mit dem Stand der Technik zeigt, dass insbesondere auf das 2-Wege-Ventil 6' verzichtet wird. Insgesamt liegen nur zwei manuell betätigte Ventile vor, nämlich das Zuflussventil 5 und das Entleerungsventil 8.
  • Das zweite erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 unterscheidet sich von dem Beispiel nach Fig. 2 nur dadurch, dass an Stelle des Schwimmerventils 7 ein mechanischer Niveauregler 9 als konkrete Ausbildung des automatischen Absperrglieds vorgesehen ist, mittels dessen die Füllleitung 4 bei erreichen eines vorbestimmten Pegelstands in dem Ausgleichsbehälter versperrt wird. Hierzu führt eine Luft führende Pendelleitung 10 von dem Ausgleichsbehälter zu dem Niveauregler 9, der außen an dem Ausgleichsbehälter angeordnet ist.
  • Der Niveauregler 9 kann auf beliebige bekannte Weise ausgebildet sein. Vorliegend ist der mechanische Niveauregler als rechteckiges Symbol abgebildet, in dem ein Abzweig und ein Sperrschieber angeordnet sind.
  • Die vorstehend beschriebenen Kühlsysteme finden jeweils in Lokomotiven mit Dieselmotor Verwendung. Die Füllmenge des Kühlkreislaufs 1 beträgt typisch etwa 700 I, wobei der Ausgleichsbehälter eine Füllmenge von etwa 140 I aufweist.

Claims (9)

  1. Kühlsystem, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, umfassend
    einen Kühlkreislauf (1) zur Umwälzung eines flüssigen Kühlmittels, und
    einen mit dem Kühlkreislauf (1) während des Betriebs über eine Ausgleichsleitung (3) verbundenen Ausgleichsbehälter (2), der zumindest teilweise oberhalb des Kühlkreislaufs (1) angeordnet ist,
    wobei eine Füllleitung (4) zur Befüllung des Kühlkreislaufs (1) vorgesehen ist, die von einem Anschluss zu einem unteren Bereich des Kühlkreislaufs (1) führt,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Füllleitung (4) durch ein automatisches Absperrglied (7, 9) versperrbar ist, das die Füllleitung (4) bei Erreichen eines vorbestimmten Pegelstands im Ausgleichsbehälter (2) automatisch absperrt.
  2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrglied (7) als ein Schwimmerventil ausgebildet ist, wobei insbesondere ein Schwimmer (7a) innerhalb des Ausgleichsbehälters (2) angeordnet ist.
  3. Kühlsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwimmerventil (7) als Absperrventil in der Füllleitung (4) angeordnet ist, wobei die Füllleitung (4) von dem Schwimmerventil (7) zu dem unteren Bereich des Kühlkreislaufs (1) führt.
  4. Kühlsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwimmerventil (7) einen linear beweglichen Ventilschieber (7d) umfasst, wobei der Ventilschieber (7d) einen Verschluss zwischen einer Schwimmerseite und einer Leitungsseite des Schwimmerventils (7) ausbildet.
  5. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrglied (9) als ein insbesondere mechanischer Niveauregler ausgebildet ist.
  6. Kühlsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Niveauregler (9) an dem Ausgleichsbehälter (2) angeordnet ist, wobei insbesondere eine Pendelleitung (10) von dem Ausgleichsbehälter (2) zu dem Niveauregler (9) führt.
  7. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt nicht mehr als zwei manuell betätigte Ventile (5, 8) vorgesehen sind, nämlich genau ein Zuflussventil (5) und genau ein Entleerungsventil (8).
  8. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem Teil eines Verbrennungsmotors einer Lokomotive ist.
  9. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtmenge des Kühlmittels mehr als 100 Liter, insbesondere mehr als 500 Liter, beträgt.
EP10768444.1A 2009-10-09 2010-10-08 Kühlsystem, insbesondere für einen verbrennungsmotor Not-in-force EP2486255B1 (de)

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