DE19912138A1 - Kühlanlage für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem Primärkühlmittelkreis zur Kühlung der Brennkraftmaschine und mit einem Sekundärkühlmittelkreis zur Kühlung eines Fluids oder eines Aggregates des Kraftfahrzeuges, wobei für die Kühlmittelkreise ein gemeinsamer Ausgleichsbehälter vorgesehen ist, der zum Ausgleich von Kühlmittelvolumenschwankungen in den Kühlmittelkreisen und insbesondere zur Entlüftung der Kühlmittelkreise dient. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit der mit dieser Kühlanlage gekühlten Brennkraftmaschine wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Primärkühlmittelkreis mit einem Primäranschluß und den Sekundärkühlmittelkreis mit einem separaten Sekundäranschluß an den Ausgleichsbehälter anzuschließen, wobei der Sekundäranschluß bei einem höher liegenden Kühlmittelniveau in den Ausgleichsbehälter einmündet als der Primäranschluß.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage für eine Brennkraftma­ schine eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Oberbe­ griffes des Anspruches 1.

Die DE-AS 12 06 211 zeigt eine Kühlanlage der eingangs ge­ nannten Art. Die bekannte Kühlanlage weist einen Primärkühl­ mittelkreis auf, der zur Kühlung der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges, hier eine dieselhydraulische Lokomotive, dient. Die Kühlanlage weist außerdem einen Sekundärkühlmit­ telkreis auf, der zur Kühlung eines Fluides oder eines Aggre­ gates des Kraftfahrzeuges, hier zur Kühlung der Ladeluft der Brennkraftmaschine, dient. Für beide Kühlmittelkreise ist ein gemeinsamer Ausgleichsbehälter vorgesehen, der zum Ausgleich von Kühlmittelvolumenschwankungen in den Kühlmittelkreisen und vorzugsweise auch zur Entlüftung der Kühlmittelkreise dient.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine Kühlanlage der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß sich die Betriebssicherheit der durch den Primärkühlmittelkreis der Kühlanlage gekühlten Brennkraftma­ schine erhöht.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch eine Kühlanlage mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Pri­ märkühlmittelkreis und den Sekundärkühlmittelkreis jeweils separat an den Ausgleichsbehälter anzuschließen, wobei die Anschlußstellen so gewählt sind, daß bei einem sinkenden Kühlmittelpegel im Ausgleichbehälter zuerst der Kühlmittelab­ fluß aus dem Ausgleichsbehälter in den Sekundärkühlmittel­ kreis beendet wird, während ein Kühlmittelabfluß in den Pri­ märkühlmittelkreis noch weiterhin möglich ist. Auf diese Wei­ se kann im Falle eines Kühlmittelverlustes der ordnungsgemäße Betrieb des Primärkühlmittelkreises länger aufrecht erhalten werden. Insbesondere kann eine Leckage im Sekundärkühlmittel­ kreis nicht zu einer Fehlfunktion des Primärkühlmittelkreises führen. Dieser Gedanke wird erfindungsgemäß dadurch reali­ siert, daß die Mündung des Sekundärkühlmittelkreises im Aus­ gleichsbehälter bei einem hydrostatisch höher liegenden Ni­ veau angeordnet ist als die Mündung des Primärmittelkreises. Insgesamt kann somit die Gefahr vor Beschädigungen der Brenn­ kraftmaschine durch Überhitzung reduziert werden.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Kühlanlage wird das Niveau der Mündung des Se­ kundärkühlmittelkreises (zweites Kühlmittelniveau) so ge­ wählt, daß es mindestens so hoch liegt wie ein Minimalniveau, das zur Aufrechterhaltung einer ordnungsgemäßen Kühlung der Brennkraftmaschine durch den Primärkühlmittelkreis erforder­ lich ist. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, daß die Brennkraftmaschine auch dann noch ohne Beschädigungsgefahr betrieben werden kann, wenn bereits der Sekundärkühlmittel­ kreis aufgrund eines Kühlmittelverlustes nur noch reduziert leistungsfähig ist oder vollständig ausgefallen ist.

Wenn gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kühlan­ lage das zweite Kühlmittelniveau unterhalb eines Grenzniveaus liegt, das zur Detektion eines Kühlmittelverlustes von Über­ wachungsmitteln überwacht wird, die ein Warnsignal generie­ ren, wenn der Kühlmittelpegel das Grenzniveau erreicht, kann gewährleistet werden, daß der Mangel an Kühlmittel zu einem Zeitpunkt festgestellt wird, zu dem die Kühlmittelkreise noch ordnungsgemäß arbeiten, so daß Beschädigungen aufgrund des Kühlmittelverlustes vermieden werden können.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Kühlanlage ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der je­ weils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombi­ nationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschrei­ bung näher erläutert.

Die einzige Fig. 1 zeigt eine schematische Prinzipdarstellung für eine Anordnung der erfindungsgemäßen Kühlanlage.

Kühlmittel transportierende Leitungen sind in Fig. 1 mit dop­ pelten Linien dargestellt, während Gas transportierende Lei­ tungen mit einfachen Linien wiedergegeben sind.

Entsprechend Fig. 1 weist eine erfindungsgemäße Kühlanlage 1 einen Primärkühlmittelkreis 2 sowie wenigstens einen Sekun­ därkühlmittelkreis 3 auf.

Der Primärkühlmittelkreis 2 dient zur Kühlung einer Brenn­ kraftmaschine 5 und weist einen luftbeaufschlagten Luft/Kühlmittel-Wärmetauscher 4 auf. Die Luftbeaufschlagung des Luft/Kühlmittel-Wärmetauschers 4 ist mit einem Pfeil 6 symbolisiert. Eine Kühlmittelpumpe 7 fördert gekühltes Kühl­ mittel vom Luft/Kühlmittel-Wärmetauscher 4 zur Brennkraftma­ schine 5. Das erwärmte Kühlmittel tritt aus der Brennkraftma­ schine 5 aus und wird dem Luft/Kühlmittel-Wärmetauscher 4 zu­ geleitet.

Über eine Primäranschlußleitung 8 kommuniziert der Primär­ kühlmittelkreis 2 mit einem Ausgleichsbehälter 9. Außerdem ist eine Entlüftungsleitung 10 vorgesehen, die eine geeignete Stelle des Primärkühlmittelkreises 2 mit dem Ausgleichsbehäl­ ter 9 kommunizierend verbindet.

Der Sekundärkühlmittelkreis 3 dient zur Kühlung von Ladeluft, die der Brennkraftmaschine 5 zur Verbrennung zugeführt wird. Die Zuführung der gekühlten Ladeluft erfolgt dabei über einen mit 11 bezeichneten Abschnitt einer Ladeluftzuführung. Der Sekundärkühlmittelkreis 3 enthält einen luftbeaufschlagten Luft/Kühlmittel-Wärmetauscher 12. Die Luftbeaufschlagung ist auch hier mit einem Pfeil 6 symbolisiert. Eine Kühlmittelpum­ pe 13 fördert gekühltes Kühlmittel von Luft/Kühlmittel-Wärme­ tauscher 12 zu einem Kühlmittel/Ladeluft-Wärmetauscher 14. Das erwärmte Kühlmittel tritt aus dem Kühlmittel/Ladeluft- Wärmetauscher 14 aus und wird zum Luft/Kühlmittel- Wärmetauscher 12 zurückgeführt.

Der Kühlmittel/Ladeluft-Wärmetauscher 14 wird von einem Abgas­ turbolader 16 mit Ladeluft versorgt, die durch die Verdich­ tung im Abgasturbolader 16 erwärmt worden ist. Ein die er­ wärmte Ladeluft vom Abgasturbolader 16 zum Kühlmit­ tel/Ladeluft-Wärmetauscher 14 führender Abschnitt der Lade­ luftzuführung ist hierbei mit 15 bezeichnet. In der darge­ stellten Ausführungsform wird der Abgasturbolader 16 durch die Abgase der Brennkraftmaschine 5 angetrieben, was durch eine Abgasleitung 17 symbolisiert ist. Die im Abgasturbolader 16 entspannten Abgase werden über eine Leitung 18 einer Ab­ gasreinigungsanlage zugeführt. Die für die Verbrennung in der Brennkraftmaschine 5 vorgesehene Luft wird vom Abgasturbola­ der 16 über eine Ansaugleitung 19 aus der Umgebung entnommen.

Der Sekundärkühlmittelkreis 3 kommuniziert über eine Sekun­ däranschlußleitung 20 mit dem Ausgleichsbehälter 9. Auch für den Sekundärkühlmittelkreis 3 ist eine Entlüftungsleitung 21 vorgesehen, die eine entsprechende Stelle des Sekundärkühl­ mittelkreises 3 mit dem Ausgleichsbehälter 9 kommunizierend verbindet.

Der Ausgleichsbehälter 9 dient somit bei beiden Kühlmittel­ kreisen 2 und 3 zum Ausgleich von Kühlmittelvolumenschwankun­ gen, die beispielsweise auf Wärmeausdehnungseffekte zurückzu­ führen sind. Außerdem erfolgt die Entlüftung beider Kühlmit­ telkreise 2 und 3 ebenfalls durch den gemeinsamen Ausgleichs­ behälter 9. Darüber hinaus ermöglicht der gemeinsame Aus­ gleichsbehälter 9 ein gleichzeitiges Auffüllen des Kühlmit­ tels für beide Kühlmittelkreise 2 und 3 durch einen Einfüll­ stutzen 22 des Ausgleichsbehälters 9.

Erfindungsgemäß mündet ein Primäranschluß 23, mit dem die Primäranschlußleitung 8 an den Ausgleichsbehälter 9 ange­ schlossen ist, bei einem ersten Kühlmittelniveau 24 in den Ausgleichsbehälter 9 ein. Im Unterschied dazu mündet ein Se­ kundäranschluß 25, mit dem die Sekundäranschlußleitung 20 an den Ausgleichsbehälter 9 angeschlossen ist, bei einem zweiten Kühlmittelniveau 26 in den Ausgleichsbehälter 9 ein. Erfin­ dungsgemäß liegt das zweite Kühlmittelniveau 26 hydrostatisch höher als das erste Kühlmittelniveau 24.

Während das erste Kühlmittelniveau 24 den minimal möglichen Flüssigkeitspegel im Ausgleichsbehälter 9, nämlich bei voll­ ständig entleertem Ausgleichsbehälter 9, repräsentiert, ent­ spricht das zweite Kühlmittelniveau 26 einem Kühlmittelpegel, der noch ausreichend Kühlmittel im Ausgleichsbehälter 9 zur Verfügung stellt, um den Primärkühlmittelkreis 2 ordnungsge­ mäß zur Kühlung der Brennkraftmaschine 5 zu betreiben.

In der in Fig. 1 beispielhaft dargestellten Ausführungsform ist der Primäranschluß 23 an einen Boden 32 des Ausgleichsbe­ hälters 9 angeschlossen, so daß die Mündung des Primäran­ schlußes 23 etwa eben oder bündig mit dem Boden 32 ab­ schließt, wodurch das erste Kühlmittelniveau 24 dem Bodenni­ veau entspricht. Im Unterschied dazu ist der Sekundäranschluß 25 in Form eines rohrförmigen Stutzens ausgebildet, der den Boden 32 durchdringt und von diesem abstehend nach oben in den Ausgleichsbehälter 9 bis zum zweiten Kühlmittelniveau 26 hineinragt.

Oberhalb des zweiten Kühlmittelniveaus 26 ist im Ausgleichs­ behälter 9 ein Grenzniveau 27 definiert, das den minimalen Füllpegel für das Kühlmittel repräsentiert, bei dem noch eine ordnungsgemäße Funktion aller Kühlmittelkreise 2 und 3 ge­ währleistet werden kann. Vorzugsweise weist die erfindungsge­ mäße Kühlanlage 1 Überwachungsmittel, z. B. einen Sensor 28 auf, mit dem der Füllstand bzw. der Kühlmittelpegel im Aus­ gleichsbehälter 9 überwacht wird, um bei Erreichen des Grenz­ niveaus 27 ein entsprechendes Warnsignal zu generieren, das über eine Signalleitung 29 beispielsweise an eine nicht dar­ gestellte Motorsteuerung weitergeleitet wird.

Oberhalb des Grenzniveaus 27 ist ein Kühlmittelniveau 30 dar­ gestellt, das bei einem normalen, ordnungsgemäßen Betrieb der Kühlmittelkreise 2 und 3 vom Kühlmittelpegel eingenommen wer­ den kann. Oberhalb dieses normalen Kühlmittelniveaus 30 ist im Ausgleichsbehälter 9 ein Maximalniveau 31 definiert, das den maximalen Einfüllpegel für das Kühlmittel repräsentiert.

Wenn in der Kühlanlage 1 ein Kühlmittelverlust auftritt, ins­ besondere, wenn der Sekundärkühlmittelkreis 3 eine Leckage aufweist, wird das entweichende Kühlmittel entsprechend durch Kühlmittel aus dem Ausgleichbehälter 9 ersetzt, wodurch der Kühlmittelpegel im Ausgleichsbehälter 9 allmählich sinkt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Mündungen der Kühl­ mittelkreise 2 und 3 im Ausgleichsbehälter 9 auf unterschied­ lichen Kühlmittelniveaus 24 und 26 wird ein Kühlmittelabfluß aus dem Ausgleichsbehälter 9 in den Sekundärkühlmittelkreis 3 unterbrochen bzw. beendet, sobald der Kühlmittelpegel im Aus­ gleichsbehälter 9 das zweite Kühlmittelniveau 26 erreicht. Für den Fall, daß im Sekundärkühlmittelkreis 3 eine Leckage vorliegt, kann dann eine ordnungsgemäße Funktionsweise des Sekundärkühlmittelkreises 3 nicht mehr gewährleistet werden, was jedoch zunächst keine unmittelbare Gefahr für die Brenn­ kraftmaschine 5 bedeutet. Im vorliegenden Fall kann dann die Ladeluft nicht mehr gekühlt werden, wodurch sich jedoch le­ diglich der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine verschlech­ tert. Der Primärkühlmittelkreis 2 bleibt jedoch auch nachdem der Kühlmittelpegel das zweite Kühlmittelniveau 26 erreicht hat noch voll funktionsfähig, so daß eine Überhitzung der Brennkraftmaschine 5 ausgeschlossen werden kann.

Durch die Entkopplung des Sekundärkühlmittelkreises 3 vom Ausgleichsbehälter 9 ab dem zweiten Kühlmittelniveau 26 kann das noch im Ausgleichsbehälter 9 verbleibende Restkühlmittel­ volumen ausschließlich zur Versorgung des Primärkühlmittel­ kreises 2 verwendet werden, wodurch noch relativ lange eine ausreichende Kühlung für die Brennkraftmaschine 5 aufrechter­ halten werden kann, um so die Brennkraftmaschine 5 möglichst lange vor einer Überhitzung zu schützen.

Claims (7)

1. Kühlanlage für eine Brennkraftmaschine (5) eines Kraft­ fahrzeuges, mit einem Primärkühlmittelkreis (2) zur Kühlung der Brennkraftmaschine (5) und mit wenigstens einem Sekundär­ kühlmittelkreis (3) zur Kühlung eines Fluids oder eines Ag­ gregates des Kraftfahrzeuges, wobei für die Kühlmittelkreise (2 und 3) ein gemeinsamer Ausgleichsbehälter (9) vorgesehen ist, der zum Ausgleich von Kühlmittelvolumenschwankungen in den Kühlmittelkreisen (2 und 3) und insbesondere zur Entlüf­ tung der Kühlmittelkreise (2 und 3) dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärkühlmittelkreis (2) mit einem Primäranschluß (23) an den Ausgleichsbehälter (9) angeschlossen ist und bei einem ersten Kühlmittelniveau (24) in den Ausgleichsbehälter (9) einmündet und daß der Sekundärkühlmittelkreis (3) mit ei­ nem separaten Sekundäranschluß (25) an den Ausgleichsbehälter (9) angeschlossen ist und bei einem zweiten Kühlmittelniveau (26) in den Ausgleichsbehälter (9) einmündet, wobei das zwei­ te Kühlmittelniveau (26) höher liegt als das erste Kühlmit­ telniveau (24).

2. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kühlmittelniveau (26) mindestens so hoch liegt, wie ein Minimalniveau, das zur Aufrechterhaltung einer ordnungsgemäßen Brennkraftmaschinenkühlung erforderlich ist.

3. Kühlanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kühlmittelniveau (26) unterhalb eines Grenzni­ veaus (27) liegt, das zur Detektion eines Kühlmittelverlustes von Überwachungsmitteln (28) überwacht wird, wobei die Über­ wachungsmittel (28) ein Warnsignal generieren, wenn der Kühl­ mittelpegel das Grenzniveau (27) erreicht.

4. Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Primäranschluß (23) an der hydrostatisch am tiefsten liegenden Stelle des Ausgleichsbehälters (9) darin einmündet.

5. Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärkühlmittelkreis (3) zur Ladeluftkühlung dient.

6. Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundäranschluß (25) durch einen rohrförmigen Stut­ zen gebildet ist, der von der Unterseite des Ausgleichsbehäl­ ters (9) in diesen hineinragt.

7. Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sekundärkühlmittelkreise (3) vorgesehen sind, de­ ren Sekundäranschluß (25) oder deren Sekundäranschlüsse (25) beim zweiten Kühlmittelniveau (26) oder entsprechend ihrer Wichtigkeit für die Sicherheit des Fahrzeugebetriebes bei bis zum zweiten Kühlmittelniveau (26) von oben nach unten abge­ stuften Kühlmittelniveaus in den Ausgleichsbehälter (9) ein­ münden.