DE3330710A1

DE3330710A1 - Waermeaustauscher insbesondere fuer einen kuehlmittelkreislauf einer diesel-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3330710A1
Application number: DE19833330710
Authority: DE
Inventors: Denis 78310 Maurepas Villeval
Original assignee: Valeo SE
Current assignee: Valeo SE
Priority date: 1982-09-03
Filing date: 1983-08-25
Publication date: 1984-03-08
Also published as: FR2532740B1; ES8405141A1; IT8367895A0; IT1159592B; ES525347A0; FR2532740A1; BR8304700A

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, der für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine, bestimmt ist. Dieser Wärmeaustauscher weist wenigstens einen Wasserkasten und einen Expansionsbehälter auf- Ein Entlüftungsdurchgang verbindet den Wasserkasten mit dem Expansionsbehälter. Eine Öffnung ist im unteren Teil des Expansionsbehälters vorgesehen, die mit der Ansaugseite einer Umwälzpumpe für die Kühlflüssigkeit verbindbar ist und auch eine Abzweigung an dem Kühlmittelkreislauf bildet.

Wie an sich bekannt, verbindet der Entlüftungsdurchgang den Wasserkasten mit dem Expansionsbehälter zur Entlüftung in Richtung zum Expansionsbehälter. Luft- oder Gasblasen können von der Kühlflüssigkeit während des Arbeitens der

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S .

■*■ Brennkra_tmaschine mitgeführt werden und diese können die Ursache für "heiße Stellen" im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine sein. Um eine Luftaufnahme in dem Kühlmittelkreislauf beim Stillstand der Brennkraftmaschine zu verhindern, sieht man im allgemeinen vor, daß der Entlüftungsdurchgang unterhalb des Pegels der in dem Expansionsbehälter enthaltenen Flüssigkeit mündet.

Die öffnung, die am unteren Teil des Expansionsbehälters vorgesehen ist, um mit der Ansaugseite der Umwälzpumpe, insbesondere dann verbunden werden zu können, wenn die Brennkraftmaschine eine Diesel-Brennkraftmaschine ist, gestattet wenigstens eine teilweise Entlüftung der Kühlflüssigkeit während des Kaltstartes der Brennkraftmaschine, !5 wenn der normale Flüssigkeitskreislauf durch den Wärmeaustauscher mittels eines thermostatgesteuerten Schiebers so abgesperrt ist, daß der Wärmeaustauscher vom Flüssigkeitskreislauf im wesentlichen umgangen wird, um die Aufwärmung der Brennkraftmaschine zu beschleunigen. In diesem ²Q Fall zirkuliert nur eine kleine Kühlflüssigkeitsmenge durch den Entlüftungsdurchgang und verläßt den Expansionsbehälter durch diese untere öffnung, die mit der Ansaugseite der Pumpe verbunden ist.

Diese Auslegung ist dahingehend zweckmäßig/ daß sie wenigstens eine teilweise Entlüftung der Kühlflüssigkeit im kalten Zustand ermöglicht, wenn der normale Kühlmittelkreislauf durch den thermostatisch gesteuerten

Schieber abgesperrt ist.
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Dennoch hat man festgestellt, daß ein sehr starkes Flüssigkeitssprudeln durch die Verschlußkappe mit Ventilen, die durch den überdruck und den Unterdruck beaufschlagt sind, auftreten kann, wobei diese Verschlußkappe die Einfüllöffnung des Expansionsbehälters verschließt. Dieses Sprudeln ist insbesondere zu beobachten, wenn die sehr warme Brennkra !tmaschine abgestellt wird.

Die im Zylinderkopf vorhandene Kühlflüssigkeit wird aufgrund der erhöhten Temperatur des Zylinderkopfes nunmehr verdampft und es bildet sich ein Dampfstopfen, der die Kühlflüssigkeit durch die Umwälzpumpe und die Leitung drückt, die diese Pumpe mit der unteren öffnung" des Expansionsbehälters verbindet, und zwar dergestalt, daß die im Expansionsbehälter enthaltene Flüssigkeit durch die Verschlußkappe nach außen gestoßen wird, die mit beaufschlagten Ventilen versehen ist.

Die Erfindung zielt darauf ab, diese Schwierigkeiten insbesondere auf einfache und wirtschaftliche Weise zu überwinden.
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Hierzu wird ein Wärmeaustauscher der eingangs genannten Art vorgeschlagen, der sich dadurch auszeichnet, daß das obere Ende des Expansionsbehälters oberhalb jenes des Wasserkastens sich befindet, der Entlüftungsdurchgang direkt den oberen Teil des Wasserkastens mit dem oberen Teil des Expansionsbehälters verbindet, und daß der Expansionsbehälter nach oben bis oberhalb des Flüssigkeitspegels verlängert ist.

Gemäß einer anderen Auslegungsform der Erfindung zeichnet sich der Wärmeaustauscher der eingangs genannten Art dadurch aus, daß der Wasserkasten dem Expansionsbehälter benachbart ist, der Entlüftungsdurchgang direkt den oberen Teil des Wasserkastens mit dem oberen Teil des Expansionsbehälters verbindet und daß im Expansionsbehälter der Entlftungsdurchgang nach oben bis oberhalb des Flüssigkeitspegels verlängert ist.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß ein solcher Entlüftungsdurchgang ermöglicht, daß man beim Abschalten der sehr warmen Brennkraftmaschine den oben genannten Nachteil überwinden kann. Die Flüssigkeit

wird nunmehr direkt zum Entlüftungsdurchgang gedrückt und gelangt in den Expansionsbehälter, ohne sich mit der normalerweise in demselben enthaltenen Flüssigkeit zu vermischen, so daß die Gefahr nicht besteht, daß sie durch die Verschlußkappe mit den beaufschlagten Ventilen ausgestoßen wird.

Gemäß einer vorzugsweisen Ausbildungsform nach der Erfindung erstreckt sich der Expansionsbehälter wenigstens teilweise bis oberhalb der Höhe des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine. Obgleich der Entlüftungsdurchgang den oberen Teil des Wasserkastens mit dem oberen Teil des Expansionshehälters oberhalb des Pegels der in diesem enthaltenen Flüssigkeit verbindet, kann sich auf diese Weise eine Luftaufnahme in dem Kühlmittelkreislauf beim Abschalten der Brennkraftmaschine nicht durch eine Luftansammlung im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine übertragen .
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Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines

Kühlmittelkreislaufes einer Diesel-Brennkraftmaschine nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine schematische Ansicht mit

Teilschnittdarstellung eines Teils eines Wärmeaustauschers nach der Erfindung, und

Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie

III - III in Fig. 2.

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Zuerst sei¹ auf Figur 1 Bezug genommen, die schematisch einen Kühlmittelkreislauf einer Diesel-Brennkraftmascitine nach dem Stand der Technik zeigt.

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Nach diesem Stand der Technik weist ein Wärmeaustauscher 10, der den Kühler des Kühlmittelkreislaufes bildet, ein Bündel 12 .von horizontalen Kühlflüssigkeits-Zirkulationsrohren auf, an deren Enden Wasserkästen 14 und 16 angebracht sind. Der Wasserkasten 16 ist an seinem oberen Teil mit einem Eintrittsstutzen 18 für die Flüssigkeit in dem Wärmeaustauscher versehen und an seinem unteren Teil mit einem Flüssigkeitsaustrittsstutzen 20, der aus dem Wärmeaustauscher herausführt. Der Wasserkasten 16 ° ist durch eine innere Trennwand 22 in eine obere Kammer 24 und eine untere Kammer 26 unterteilt, die durch diese innere Trennwand 22 dicht voneinander getrennt sind. Der Eintrittsstutzen 18 mündet in die obere Kammer 24 und der Austrittsstutzen 20 steht mit der unteren Kammer 26 in Verbindung. Ein Entlüftungsdurchgang wird von einer Leitung oder einem Knierohr 28 gebildet, das sich im Innern des Wasserkastens 26 bis zum oberen Teil desselben bis etwa in die Nähe des Eintrittsstutzens 18 erstreckt. Die Leitung 23 durchsetzt abgedichtet die innere Trennwand

22 und mündet an ihrem unteren Ende in den unteren Teil des Expansionsbehälters 30, der normalerweise mit Flüssigkeit bis in Höhe 32 gefüllt ist.

Bei dieser Ausbildungsform wird der Expansionsbehälter 30 von einem mit dem Wasserkasten 16 gegossenen Teil gebildet, der sich aber außerhalb von demselben befindet, und mit demselben durch eine dünne umhüllung 34 verbunden ist. Der obere Teil des Expansionsbehälters 30 weist eine öffnung 36 auf, die durch eine bewegbare Verschlußkappe 38 verschlossen ist, die mit durch überdruck und Unterdruck beaufschlagten Ventilen versehen ist. Der untere Teil des Expansionsbehälters 30 weist eine öffnung

40 auf, die über eine Leitung 42 mit der Ansaugseite einer Umwälzpumpe 44 für die Kühlflüssigkeit verbunden ist. Der Ausgang 46 der Pumpe 44 ist mit den Flüssigkeitszirkulationsdurchgängen verbunden, die im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine M ausgebildet sind. Der Ausgang dieser Durchgänge ist über eine Leitung 48 mit dem Flüssigkeits-Eintrittsstutzen 18 im Wärmeaustauscher verbunden. Eine Leitung 50 verbindet den Austrittsstutzen 20 mit der Ansaugseite der Pumpe 44, so daß der normale Kühlmittelkreislauf geschlossen ist.

Ferner ist ein thermostatgesteuerter Schieber 52 in der Leitung 50 vorgesehen und dieser ist mit einer Leitung 48 über eine Zweigleitung 54 verbunden. Wenn die Temperatur der Kühlflüssigkeit niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, sperrt der Schieber 52 die Leitung 50 ab und verbindet die Zweigleitung 54 direkt mit der Ansaugseite der Pumpe 44, während der Schieber 52 die Zweigleitung 54. absperrt und die Leitung 50 mit der Ansaugseite der Pumpe 44 verbindet, wenn die Temperatur der Flüssigkeit höher als dieser vorbestimmte Wert ist.

Bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine zirkuliert daher der Großteil der Kühlflüssigkeit durch die Pumpe 44, die Leitung 46, die Brennkraftmaschine M, die Leitung 48, die Leitung 54 und den Schieber 52. Die Leitung 50 ist derart abgesperrt, daß die in den Wasserkasten 16 über die Leitung 48 gelangende Kühlflüssigkeit nicht durch das Rohrbündel 12 strömen kann, sondern im Wasserkasten 14 zirkuliert und schließlich den Austrittsstutzen 20 erreicht. Ein kleiner Anteil der Kühlflüssigkeit hingegen strömt durch den Entlüftungsdurchgang 28 und erreicht den Expansionsbehälter 30, um über die untere öffnung 40 und die Leitung 42 zur Ansaugseite der Pumpe 44 zurückzuströmen. Wenn unter diesen Bedingungen die Kühlflüssigkeit Luft- oder Gasblasen mitnimmt, erfolgt die Entlüftung dieser Flüssigkeit im Expansionsbehälter 30, um jegliche

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Gefahr der Beschädigung der Brennkraftmaschine durch die Bildung von "heißen Stellen" im Zylinderkopf zu vermeiden.

Sobald die Temperatur der Kühlflüssigkeit einen vorbestimmten Wert erreicht, sperrt der Schieber 52 die Zweigleitung 54 ab und verbindet die Leitung 50 mit der Änsaügseite der Pumpe 44 derart, daß die Flüssigkeit nunmehr durch die Leitung 48, den Wasserkasten 16, das Rohrbündel 12, den Wasserkasten 14, den Austrittsstutzen 20 und die Leitung 50 strömen kann und sich hierdurch beim Durchgang durch das Rohrbündel 12 nach dem Gegenstromprinzip abkühlen kann, d.h., daß die Kühlflüssigkeit in Richtung nach oben strömt und dann in Gegenrichtung in Richtung nach unten dieses Bündel durchquert. Eine ständige Entlüftung wird durch die Entlüftungslextung bzw. den Entlüftungsdurchgang 28 infolge der im Expansionsbehälter 30 durch die Pumpe 44 mittels der Leitung 42 und der unteren öffnung 40 erzeugten Ansaugung erzielt.

Wie bereits vorstehend erwähnt ist, hat sich dennoch herausgestellt, daß beim Abschalten der heißen bzw. warmen Brennkraftmaschine ein Sprudeln der Flüssigkeit beim Durchgang durch die Verschlußkappe 38 auftritt. Diese Erscheinung läßt sich dadurch erklären, daß die im Zylinderkopf vorhandene Kühlflüssigkeit, die infolge der erhöhten Temperatur verdampft wird, einen Dampfstopfen bildet, der die Flüssigkeit des Kreislaufs durch den Ausgang 46 der Pumpe, durch die Pumpe selbst, die Leitung 42 und die untere Öffnung 40 des Expansionsbehälters zurückdrückt.

Die vorliegende Erfindung bezweckt diese Schwierigkeit dank einer AusführungsVariante der Entlüftungslextung zu überwinden, die den Fig. 2 und 3 zu entnehmen ist. 35

In diesen Figuren sind gleiche oder ähnliche Teile wie in Fig. 1 mit denselben Bezugszeichen versehen.

In Figur 2 ist ein Teil des Bündels 12 von horizontalen Rohren 60 zu sehen, sowie ein Wasserkasten 16 mit seinen Eintritts- und Austrittsstutzen 18 und 20,. seiner inneren Trennwand 22 sowie der Expansionsbehälter 30 mit seiner oberen Füllöffnung 36 und seiner öffnung 40.

Nach der Erfindung verbindet der Entlüftungsdurchgang 62 direkt den oberen Teil des Wasserkastens 16 mit dem oberen Teil des Expansionsbehälters 30 und er ist im Expansionsbehälter 30 bis oberhalb des Flüssigkeitspegels 32 verlängert, bis zu dem die enthaltene Flüssigkeit ansteigt. Zweckmäßigerweise ist die Ausbildung derart getroffen, daß der Entlüftungsdurchgang 62 unmittelbar einer festen Wandung des Expansionsbehälters 30 gegen-¹^ überliegend, beispielsweise mit Hilfe einer horizontalen Ringwandung 64 eines Teils 66 endet, das fest das Ende des Expansionsbehälters bedeckt und einen vertikalen Ansatz hat, der die Füllöffnung 36 bildet.

%Q Es ist festzustellen, daß mit einer solchen Auslegung des Entlüftungsdurchgangs 62 die vorstehend genannte Schwierigkeit nicht mehr auftritt. Beim Abschalten der Brennkraftmaschine selbst im warmen Zustand geht die durch den im Zylinderkopf gebildeten Dampfstopfen ge-

drückte Flüssigkeit durch die Leitung 48, tritt in den Wasserkasten 16 über den Eintrittsstutzen 18 ein und gelangt von dort direkt zum oberen Teil des Expansionsbehälters über den Durchgang 62. Der diesen Durchgang verlassende Flüssigkeitsstrahl trifft auf die Wandung 64

^ow des Teils 66 oberhalb des Pegelstandes 32 der Flüssigkeit, die im Expansionsbehälter enthalten ist. Auf diese Weise vermeidet man jegliches Ausstoßen der Flüssigkeit durch die Verschlußkappe, die die Füllöffnung 36 verschließt,

^° Bei der beschriebenen Ausfuhrungsform befindet sich das obere Ende des Expansif nsbehälters 30 oberhalb des oberen Endes des zugeordneten Wasserkastens 16. Der Zylinderkopf

der Brennkraftmaschine M befindet sich in einer Höhe, die kleiner als jene der oberen Teile des Wasserkastens und des· Expansionsbehälters 30 ist und zwar derart, daß der Pegelstand der im Expansionsbehälter enthaltenen Flüssigkeit immer oberhalb des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine ist. Beim Abschalten der Brennkraftmaschine kann eine Luftaufnahme durch den Entlüftungsdurchgang nicht eine Luftansammlung im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine mit sich bringen und die Luft bleibt im oberen Teil des Wasserkastens 16 sowie in dem oder den oberen Rohren 60 des Bündels.

Leerseite

Claims

Patentansprüche:

Wärmeaustauscher, der den Kühler eines Kühlmittelkreislaufes einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine, bildet, mit wenigstens einem Wasserkasten und einem Expansionsbehälter, mit einem Entlüftungsdurchgang, der den Wasserkasten mit dem Expansionsbehälter verbindet und einer öffnung, die im unteren Teil des Expansionsbehälters vorgesehen ist, um mit.der Ansaugseite einer Umwälzpumpe für die Kühlflüssigkeit verbunden zu werden und somit eine Abzweigung des Kühlmittelkreislaufes bildet, dadurch gekennzeichnet, daß sich das obere Ende des Expansionsbehälters (30) oberhalb jenes des Wasserkastens (16) befindet, der

-τ-

Entlüftungsdurchgang (62) direkt den oberen Teil des Wasserkastens (16) mit dem oberen Teil des Expansionsbehälters (30) verbindet, und daß im

Expansionsbehälter (30) dieser in Richtung nach 5

oben bis oberhalb des Pegelstands (32) verlängert ist.
2. Wärmeaustauscher der den Kühler eines Kühlmittelkreislauf es einer Brennkraftmaschine, insbesondere

einer Diesel-Brennkraftmaschine, bildet, mit wenigstens einem Wasserkasten und einem Expansionsbehälter, mit einem Entlüftungsdurchgang, der den Wasserkasten mit dem Expansionsbehälter verbindet und einer Öffnung, die im unteren Teil des Expansionsbehälters

vorgesehen ist, um mit der Ansaugseite einer umwälzpumpe für die Kühlflüssigkeit verbunden zu werden und somit eine Abzweigung des Kühlmittelkreislaufes bildete dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserkasten (16) an den Expansionsbehälter

(30) angrenzt, der Entlüftungsdurchgang (62) den oberen Teil des Wasserkastens (16) direkt mit dem oberen Teil des Expansionsbehälters (30) verbindet und daß er im Expansionsbehälter (30) nach oben bis

unterhalb des Pegelstandes (32) verlängert ist. 25
3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlüftungsdurchgang (62) in den Expansionsbehälter (30) unmittelbar einer festen Wandung (64) desselben gegenüberliegend mündet.
4. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil des Expansionsbehälters (30) durch eine Verschlußkappe

(38) mit durch überdruck und Unterdruck beaufschlag-35

ten Ventilen verschlossen ist, der lösbar auf einem Ansatz (66) angebracht ist, der die feste Wandung (64) aufweist, gegenüberliegend von der der Entlüftungsdurchgang (62) mündet.

• 4

-3-
5. Wärmeaustauscher nach winem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Expansionsbehälter (30) wenigstens teilweise bis

oberhalb der Höhe des Zylinderkopfes der Brennkraftg

maschine (M) erstreckt.
6. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserkasten (16), der über die Entlüftungsieitung (62) mit dem Expansionsbehälter (30) verbunden ist, Öffnungen (18 und 20) für den Eintritt und den Austritt der Flüssigkeit des Wärmeaustauschers aufweist, und daß diese öffnungen beidseitig einer quer verlaufenden inneren Trennwand (22) angeordnet sind, die auf dichte Weise den Innenraum des Wasserkastehs (16) in zwei Kammern (24 und 26) unterteilt.
7. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden

*■ Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserkasten (16) und der Expansionsbehälter (30) miteinander durch den Entlüftungsdurchgang (62) unter Bildung eines Stücks verbunden sind.