EP2581580A2 - Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine Download PDF

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EP2581580A2
EP2581580A2 EP12006440.7A EP12006440A EP2581580A2 EP 2581580 A2 EP2581580 A2 EP 2581580A2 EP 12006440 A EP12006440 A EP 12006440A EP 2581580 A2 EP2581580 A2 EP 2581580A2
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filling
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Audi AG
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Audi AG
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    • F01P11/0204—Filling
    • F01P11/0209—Closure caps
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    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/20—Cooling circuits not specific to a single part of engine or machine

Definitions

  • the present invention relates to a coolant circuit for an internal combustion engine, comprising a main cooling circuit with a heat sink and a short circuit, a surge tank with a removable from a filler opening filler cap and at least one venting into the expansion tank vent line, in which a shut-off valve is arranged.
  • Such coolant circuits are mainly used in vehicle for targeted temperature control of the internal combustion engine, by dissipating the waste heat generated during the combustion process via the heat sink.
  • a main cooling circuit including the heat sink or a short circuit bypassing the heat sink can be switched. Any air bubbles in the pipes can enter the expansion tank via vent lines.
  • the expansion tank also serves to fill the coolant circuit, as storage for coolant and is available as a space for expansion of gases.
  • the shut-off valve located in the vent line is closed during a warm-up, so that the volume of coolant in the expansion tank initially does not need to be miter stiirmt.
  • the generic EP 0 793 006 A1 discloses such a cooling circuit of an internal combustion engine with coolant, which flows through cavities in the housing of this internal combustion engine. Furthermore, the cooling circuit has a coolant pump, a thermostatic valve for switching between a main circuit and a short circuit, a radiator, a surge tank with a pressure relief valve and at least one opening into the expansion tank vent line. In the vent line, a check valve is arranged, with which the connection to the expansion tank, in particular during a warm-up phase, can be blocked.
  • the object of the present invention is therefore to provide a coolant circuit for an internal combustion engine with a shortened warm-up phase, which can be filled quickly and easily.
  • a vehicle with a coolant circuit according to the invention is claimed in claim 9.
  • Coolant circuit for an internal combustion engine comprising a main cooling circuit with a heat sink and a short circuit bypassing the heat sink, a surge tank with a removable filler opening from a filler cap and at least one venting into the expansion tank vent line in which a shut-off valve is arranged, wherein with removed filler cap a filling line is released from the expansion tank to at least one of the circuits, bypassing the shut-off valve.
  • the filled coolant can continue through the vent line in the main cooling circuit or the short circuit and from there to the engine and the heat sink without being prevented by a closed shut-off valve.
  • the expansion tank is preferably arranged at the geodetically highest point of the coolant circuit, so that air bubbles can reach the expansion tank from the circuits solely by their buoyancy.
  • the expansion tank is partially filled with coolant, which can be sucked back into the circuits via an inlet.
  • the circulation of the coolant in the circuits is taken over by a coolant pump. Switching between the main cooling circuit and the short circuit takes place by means of a thermostat.
  • other circuits with their own heat exchangers for example, for heating, transmission oil, charge air, etc. may be included in the coolant circuit.
  • These circuits can be connected to the expansion tank via separate vent lines according to the same principle.
  • the filling line opens into a filling reservoir, which is arranged in the region of the filling opening of the expansion tank.
  • the filled coolant can collect before it flows into the filling line. This simplifies the filling process and the resulting coolant losses are reduced.
  • the filler cap can close as it were the filling reservoir and the filling opening.
  • By closing both filling opening and filling reservoir from the same filling lid can be done in a simple and inexpensive way, a separation of the filling of the atmosphere and the interior of the expansion tank.
  • the filling reservoir is arranged concentrically around the filling opening.
  • the filling reservoir forms a ring around the filling opening around.
  • the filling reservoir can be sealed against the main volume of the expansion tank by the filler cap.
  • the filler cap can be operated at a slight overpressure, which can increase the boiling point of the coolant.
  • the main volume may vent to the atmosphere via a pressure relief valve in the filler cap. In order for an excessively high pressure increase reliability of the coolant circuit is guaranteed.
  • the shut-off valve is differential pressure controlled.
  • the differential pressure-controlled shut-off valve releases the at least one vent line to the expansion tank only when, due to the heating of the coolant in the connected circuits relative to the coolant in the expansion tank, a sufficient pressure difference has formed which indicates that the warm-up phase has ended.
  • the filling line opens upstream of the shut-off valve in the vent line.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a surge tank and a schematic view of a coolant circuit.
  • a coolant circuit 1 for an internal combustion engine 2 has a main cooling circuit 1a with a heat sink 3 and a short circuit 1b bypassing the heat sink 3.
  • a thermostatic valve 11 can switch between the main cooling circuit 1a and the short circuit 1b.
  • the circulation of the coolant in the circuits 1a and 1b is performed by a coolant pump 13.
  • a differential pressure-controlled shut-off valve 8 is arranged.
  • From the main volume 14 of the surge tank 4 is an inlet 17 back to the circuits 1 a and 1 b.
  • the expansion tank 4 has in its upper half a filling opening 6, which is surrounded by an external filling reservoir 7.
  • a filler cap 5 can close the filling opening 6 and the filling reservoir 7 equally to the atmosphere.
  • a seal 15 in the filling opening prevents venting of the main volume 14 into the filling reservoir 7.
  • a seal 16 prevents the venting of the filling reservoir 7 to the atmosphere.
  • a pressure relief valve 12 is arranged, which allows the venting into the atmosphere when a critical pressure threshold in the main volume 14 of the surge tank 4 is exceeded. From the filling reservoir 7 is a filling line 9, which opens upstream of the check valve 8 in the vent line 10.

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Abstract

Kühlmittelkreislauf 1 für eine Brennkraftmaschine 2, aufweisend einen Hauptkühlkreislauf 1a mit einer Wärmesenke 3 und einen Kurzschlusskreislauf 1b, einen Ausgleichsbehälter 4 mit einem von einer Einfüllöffnung 6 abnehmbaren Einfülldeckel 5 und mindestens einer in den Ausgleichsbehälter 4 mündenden Entlüftungsleitung 10, in der ein Absperrventil 8 angeordnet ist, wobei bei abgenommenem Einfülldeckel 5 eine Befüllleitung 9 vom Ausgleichsbehälter 4 zu mindestens einem der Kreisläufe 1a bzw. 1b unter Umgehung des Absperrventils 8 freigegeben ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine, aufweisend einen Hauptkühlkreislauf mit einer Wärmesenke und einen Kurzschlusskreislauf, einen Ausgleichsbehälter mit einem von einer Einfüllöffnung abnehmbaren Einfülldeckel und mindestens einer in den Ausgleichsbehälter mündenden Entlüftungsleitung, in der ein Absperrventil angeordnet ist.
  • Derartige Kühlmittelkreisläufe werden vor allem im Fahrzeugbau zur gezielten Temperierung der Brennkraftmaschine, durch Abfuhr der beim Verbrennungsprozesses entstehenden Abwärme über die Wärmesenke, verwendet. Dazu kann zumindest zwischen einem Hauptkühlkreislauf unter Einbeziehung der Wärmesenke oder einem Kurzschlusskreislauf unter Umgehung der Wärmesenke umgeschaltet werden. Eventuell in den Leitungen befindliche Luftblasen können über Entlüftungsleitungen in den Ausgleichsbehälter gelangen. Der Ausgleichsbehälter dient zudem der Befüllung des Kühlmittelkreislaufs, als Speicher für Kühlmittel und steht als Raum zur Ausdehnung von Gasen zur Verfügung. Zur schnelleren Aufheizung des Kühlmittelkreislaufs ist das in der Entlüftungsleitung befindliche Absperrventil während einer Aufwärmphase geschlossen, so dass das Kühlmittelvolumen im Ausgleichsbehälter zunächst nicht miterwärmt werden muss.
  • Die gattungsbildende EP 0 793 006 A1 offenbart einen solchen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit Kühlmittel, das Hohlräume im Gehäuse dieser Brennkraftmaschine durchströmt. Ferner weist der Kühlkreislauf eine Kühlmittelpumpe, ein Thermostatventil zur Umschaltung zwischen einem Hauptkreislauf und einem Kurzschlusskreislauf, einen Kühler, einen Ausgleichsbehälter mit einem Überdruckventil und mindestens einer in den Ausgleichsbehälter mündenden Entlüftungsleitung auf. In der Entlüftungsleitung ist ein Sperrventil angeordnet, mit dem die Verbindung zum Ausgleichsbehälter, insbesondere während einer Aufwärmphase, sperrbar ist.
  • Als nachteilig hat es sich erwiesen, dass zur Befüllung eines solchen Kühlkreislaufs mit Kühlmittel über den Ausgleichsbehälter ein Ausbau des Sperrventils notwendig ist, da das Kühlmittel ansonsten nicht zur Brennkraftmaschine oder dem Kühler gelangen kann. Dies stellt regelmäßig einen großen Aufwand dar.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher einen Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine mit verkürzter Aufwärmphase bereitzustellen, der einfach und schnell befüllt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislauf ist in Patentanspruch 9 beansprucht.
  • Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine, aufweisend einen Hauptkühlkreislauf mit einer Wärmesenke und einen Kurzschlusskreislauf unter Umgehung der Wärmesenke, einen Ausgleichsbehälter mit einem von einer Einfüllöffnung abnehmbaren Einfülldeckel und mindestens einer in den Ausgleichsbehälter mündenden Entlüftungsleitung, in der ein Absperrventil angeordnet ist, wobei bei abgenommenem Einfülldeckel eine Befüllleitung vom Ausgleichsbehälter zu mindestens einem der Kreisläufe unter Umgehung des Absperrventils freigegeben ist.
  • Indem die Befüllleitung vom Ausgleichsbehälter zu mindestens einem der Kreisläufe an dem Absperrventil vorbeiführt, wenn für die Befüllung der Einfülldeckel abgenommenen ist, kann das eingefüllte Kühlmittel weiter über die Entlüftungsleitung in den Hauptkühlkreislauf oder den Kurzschlusskreislauf und von dort zur Brennkraftmaschine und zur Wärmesenke gelangen, ohne von einem geschlossenen Absperrventil daran gehindert zu werden. Damit entfällt der aufwändige und zeitraubende Ausbau des Absperrventils, das während einer Aufwärmphase der Brennkraftmaschine geschlossen ist. Wird der Einfülldeckel nach erfolgtem Befüllen des Kühlmittelkreislaufs wieder eingesetzt, so steht durch die nun verschlossene Befüllleitung wieder die volle Funktionsfähigkeit des Ausgleichsbehälters und insbesondere des Absperrventils zur Verfügung. Der Ausgleichsbehälter ist vorzugsweise an der geodätisch höchsten Stelle des Kühlmittelkreislaufs angeordnet, so dass Luftblasen allein durch ihre Auftriebskraft aus den Kreisläufen in den Ausgleichsbehälter gelangen können. Der Ausgleichsbehälter ist teilweise mit Kühlmittel befüllt, das über einen Zulauf wieder in die Kreisläufe eingesaugt werden kann. Die Zirkulation des Kühlmittels in den Kreisläufen wird von einer Kühlmittelpumpe übernommen. Die Umschaltung zwischen Hauptkühlkreislauf und Kurzschlusskreislauf erfolgt mittels eines Thermostaten. Selbstverständlich können neben den genannten Kreisläufen auch noch weitere Kreisläufe mit eigenen Wärmetauschern, beispielsweise für Heizung, Getriebeöl, Ladeluft, etc. in dem Kühlmittelkreislauf enthalten sein. Diese Kreisläufe sind über separate Entlüftungsleitungen nach demselben Prinzip an den Ausgleichsbehälter anschließbar.
  • In einer bevorzugten Ausführung mündet die Befüllleitung in ein Einfüllreservoir, das im Bereich der Einfüllöffnung des Ausgleichsbehälters angeordnet ist. In dem Einfüllreservoir kann sich das eingefüllte Kühlmittel sammeln, bevor es in die Befüllleitung fließt. Dadurch vereinfacht sich der Befüllvorgang und die dabei entstehenden Kühlmittelverluste reduzieren sich.
  • In einer bevorzugten Ausführung kann der Einfülldeckel gleichsam das Einfüllreservoir und die Einfüllöffnung verschließen. Indem sowohl Einfüllöffnung, als auch Einfüllreservoir von demselben Einfülldeckel verschlossen werden, kann auf einfache und günstige Weise eine Trennung der Befüllleitung von der Atmosphäre und dem Innern des Ausgleichsbehälters erfolgen.
  • In einer bevorzugten Ausführung ist das Einfüllreservoir konzentrisch um die Einfüllöffnung herum angeordnet. Das Einfüllreservoir bildet dabei einen Ring um die Einfüllöffnung herum aus.
  • In einer bevorzugten Ausführung kann das Einfüllreservoir gegenüber einem Hauptvolumen des Ausgleichsbehälters durch den Einfülldeckel abgedichtet werden. Somit gelangt bei eingesetztem Einfülldeckel kein Kühlmittel unbeabsichtigt aus dem Ausgleichsbehälter in das Einfüllreservoir. Zudem kann der Ausgleichsbehälter bei einem leichten Überdruck betrieben werden, wodurch sich der Siedepunkt des Kühlmittels heraufsetzen lässt.
  • In einer bevorzugten Ausführung kann das Hauptvolumen über ein Überdruckventil im Einfülldeckel in die Atmosphäre entlüften. Damit ist bei einem übermäßig starken Druckanstieg eine Betriebssicherheit des Kühlmittelkreislaufs gewährleistet.
  • In einer bevorzugten Ausführung ist das Absperrventil differenzdruckgesteuert. Das differenzdruckgesteuerte Absperrventil gibt die mindestens eine Entlüftungsleitung zum Ausgleichsbehälter erst dann frei, wenn sich durch die Aufheizung des Kühlmittels in den angeschlossenen Kreisläufen gegenüber dem Kühlmittel im Ausgleichsbehälter eine ausreichende Druckdifferenz ausgebildet hat, die auf eine Beendigung der Aufwärmphase schließen lässt.
  • In einer bevorzugten Ausführung mündet die Befüllleitung stromauf des Absperrventils in die Entlüftungsleitung.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
  • Darin zeigt die Figur eine Schnittansicht eines Ausgleichsbehälters und eine schematische Ansicht eines Kühlmittelkreislaufs.
  • Gemäß der Figur hat ein Kühlmittelkreislauf 1 für eine Brennkraftmaschine 2 einen Hauptkühlkreislauf 1 a mit einer Wärmesenke 3 und einen Kurzschlusskreislauf 1b unter Umgehung der Wärmesenke 3. Ein Thermostatventil 11 kann zwischen dem Hauptkühlkreislauf 1a und dem Kurzschlusskreislauf 1b umschalten. Die Zirkulation des Kühlmittels in den Kreisläufen 1a und 1b erfolgt durch eine Kühlmittelpumpe 13. Von den Kreisläufen 1 a und 1b zweigt eine Entlüftungsleitung 10 ab, die in ein Hauptvolumen 14 eines Ausgleichsbehälters 4 mündet. In der Entlüftungsleitung 10 ist ein differenzdruckgesteuertes Absperrventil 8 angeordnet. Vom Hauptvolumen 14 des Ausgleichsbehälters 4 geht ein Zulauf 17 zurück zu den Kreisläufen 1 a und 1 b. Der Ausgleichsbehälter 4 hat in seiner oberen Hälfte eine Einfüllöffnung 6, die von einem außenliegenden Einfüllreservoir 7 umgeben ist. Ein Einfülldeckel 5 kann Einfüllöffnung 6 und Einfüllreservoir 7 gleichermaßen zur Atmosphäre hin abschließen. Eine Dichtung 15 in der Einfüllöffnung verhindert eine Entlüftung des Hauptvolumens 14 in das Einfüllreservoir 7. Eine Dichtung 16 verhindert die Entlüftung des Einfüllreservoirs 7 zur Atmosphäre hin. In dem Einfülldeckel 5 ist ein Überdruckventil 12 angeordnet, das bei Überschreiten einer kritischen Druckschwelle im Hauptvolumen 14 des Ausgleichsbehälters 4 dessen Entlüftung in die Atmosphäre ermöglicht. Von dem Einfüllreservoir 7 geht eine Befüllleitung 9 ab, die stromauf des Absperrventils 8 in die Entlüftungsleitung 10 mündet.
    • Liste der Bezugszeichen:
    • 1
    Kühlmittelkreislauf
    1a
    Hauptkühlkreislauf
    1b
    Kurzschlusskreislauf
    2
    Brennkraftmaschine
    3
    Wärmesenke
    4
    Ausgleichsbehälter
    5
    Einfülldeckel
    6
    Einfüllöffnung
    7
    Einfüllreservoir
    8
    Absperrventil
    9
    Befüllleitung
    10
    Entlüftungsleitung
    11
    Thermostatventil
    12
    Überdruckventil
    13
    Kühlmittelpumpe
    14
    Hauptvolumen
    15
    Dichtung
    16
    Dichtung
    17
    Zulauf

Claims (9)

  1. Kühlmittelkreislauf (1) für eine Brennkraftmaschine (2), aufweisend einen Hauptkühlkreislauf (1a) mit einer Wärmesenke (3) und einen Kurzschlusskreislauf (1 b), einen Ausgleichsbehälter (4) mit einem von einer Einfüllöffnung (6) abnehmbaren Einfülldeckel (5) und mindestens einer in den Ausgleichsbehälter (4) mündenden Entlüftungsleitung (10), in der ein Absperrventil (8) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei abgenommenem Einfülldeckel (5) eine Befüllleitung (9) vom Ausgleichsbehälter (4) zu mindestens einem der Kreisläufe (1a, 1b) unter Umgehung des Absperrventils (8) freigegeben ist.
  2. Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befüllleitung (9) in ein Einfüllreservoir (7) mündet, das im Bereich der Einfüllöffnung (6) des Ausgleichsbehälters (4) angeordnet ist.
  3. Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfülldeckel (5) gleichsam das Einfüllreservoir (7) und die Einfüllöffnung (6) verschließen kann.
  4. Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Einfüllreservoir (7) konzentrisch um die Einfüllöffnung (6) herum angeordnet ist.
  5. Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einfüllreservoir (7) gegenüber einem Hauptvolumen (14) des Ausgleichsbehälters (4) durch den Einfülldeckel (5) abgedichtet werden kann.
  6. Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptvolumen (14) über ein Überdruckventil (12) im Einfülldeckel (5) in die Atmosphäre entlüften kann.
  7. Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (8) differenzdruckgesteuert ist.
  8. Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Befüllleitung (9) stromauf des Absperrventils (8) in die Entlüftungsleitung (10) mündet.
  9. Fahrzeug mit einem Kühlmittelkreislauf (1) für eine Brennkraftmaschine (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
EP12006440.7A 2011-10-15 2012-09-14 Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine Withdrawn EP2581580A3 (de)

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