DE69500699T2 - Einrichtung zur behandlung und zur konditionierung von motorkühlmittel - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abgeben ergänzender Kühlmitteladditive in das Motorkühlmittel eines Kraftfahrzeugs, um bei Betrieb des Motors die richtige Menge an Korrosionsinhibitoren im Kühlmittel aufrechtzuerhalten.
• Es ist wichtig, daß Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren in Schwerfahrzeugen, ein Motorkühlmittel aufweisen, das die richtige Menge an Korrosionsinhibitoren und Puffersubstanzen enthält. wenn das Kühlmittel entweder eine zu hohe oder zu niedrige Konzentration an Korrosionsinhibitoren aufweist, kann es zu Schäden am Motor kamen. Da es oft unpraktisch ist, das Motorkühlmittel so häufig zu wechseln, daß die richtige Konzentration an Korrosionsinhibitoren sichergestellt ist, ist es dementsprechend üblich gewesen, Kühlmittelbehandlungseinrichtungen vorzusehen, die das Kühlmittel filtern und, wenn die Konzentration an Korrosionsinhibitoren unter die zur Aufrechterhaltung von ordnungsgemäßem Korrosionsschutz erforderliche Höhe abfällt, Puffersubstanz und Korrosionsinhibitoren in das Kühlmittel abgeben. Eine typische Einrichtung nach dem Stand der Technik zum Abgeben derartigen Behandlungsmaterials in das Motorkühlmittel ist in US-Patent Nr. 4,782,891 offenbart. Die in diesem Patent offenbarte Einrichtung sieht eine Reihe von Behältern vor, die einen Korrosionsinhibitor enthalten und durch eine Membran, die zerfällt, wenn die Korrosivität des Kühlmittels eine vorbestimmte Höhe übersteigt, vom Kühlmittelstrom getrennt sind. Wenn die Membran für jeden Behälter zerfressen wird, wird der gesamte Inhalt des Behälters in das Kühlmittel abgeladen. Dementsprechend ist unmittelbar nach dem Zerfressen der Membran die Höhe an Inhibitoren im Kühlmittel zu hoch, doch kann die Höhe auf eine Höhe absinken, die unter der liegt, die für einen ordnungsgemäßen Schutz erforderlich ist, ehe die das Kühlmittel von dem darauffolgenden Behälter trennende Membran reißt. Über den größten Teil der Laufzeit des Motors hinweg ist die Höhe an Inhibitoren im Kühlmittel dementsprechend entweder zu hoch oder zu niedrig, und eine zu hohe oder zu niedrige Konzentration an Inhibitoren kann, wie oben beschrieben, der Motorleistung abträglich sein.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit in der Bereitstellung einer Einrichtung, die einen geregelten Ablauf von Kühlmitteladditiv zur Aufrechterhaltung der Höhe an Inhibitoren im Kühlmittel innerhalb eines relativ engen Bereichs bewirkt. Diese Aufgabe wird mit einer Einrichtung gemäß Anspruch 1 erreicht. Bei der vorliegenden Erfindung enthält ein von dem Strömungsweg des Kühlmittels getrennter Behälter eine Menge an Behandlungsmaterial. (pastös oder in flüssiger Form). Die Additive werden von einem Kolben aus dem Behälter abgeführt. Eine Dosiersäule oder -stange verhindert, daß sich der Kolben bewegt, doch ist die Stange dem Kühlmittel ausgesetzt und reagiert auf die Korrosivität der Flüssigkeit, indem sie langsam zerfressen wird, wodurch der Kolben Behandlungsmaterial in das Kühlmittel abführen kann. Es werden dementsprechend nach Bedarf kleine Mengen an Behandlungsmaterial in den Strom abgegeben, wodurch die Höhe an Inhibitoren auf der richtigen Höhe gehalten wird. Wenn hier auf die "Korrosion" der Dosierstange Bezug genommen wird, so bezieht sich dies auch auf die Erosion bzw. Auflösung der Dosierstange aufgrund der korrodierenden Wirkung des Motorkühlmittels.
• Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung hervor, bei deren einziger Figur es sich um eine Querschnittsansicht einer gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung hergestellten Kühlmittelbehandlungseinrichtung handelt.
• Nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnung enthält eine allgemein mit der Zahl 10 bezeichnete Kühlmittelbehandlungseinrichtung ein schalenförmiges Gehäuseteil 12 mit einem offenen Ende, das durch eine Bodenplattenbaugruppe 14, die auf herkömmliche Weise, zum Beispiel durch Quetschen, am Gehäuse 12 befestigt ist, abgeschlossen ist. Die Bodenplatte 14 ist mit über den Umfang beabstandeten Einlaßöffnungen 16 vergehen, die eine Auslaßöffnung 18 umschreiben, die koaxial mit dem Gehäuse 12 ist. Die Auslaßöffnung 18 ist mit einem Gewinde versehen, damit sie an einem (nicht gezeigten) standardmäßigen Montagestutzen, der an einer Montagebasis für die Einrichtung im Motorkühlsystem vorgesehen ist, durch schnelles Drehen befestigt werden kann. Die Bodenplattenbaugruppe 14 enthält weiterhin eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Dichtung 20, die ausgelegt ist, die oben erwähnte Montagefläche auf abdichtende Weise in Eingriff zu nehmen, damit zwischen der Montagefläche und der Einrichtung 10 eine flüssigkeitsdichte Verbindung geschaffen wird.
• Ein allgemein mit der Zahl 22 bezeichnetes Filtermedium besteht aus einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Anordnung aus gefaltetem Filterpapier, die allgemein mit der Zahl 24 bezeichnet ist. Die einzelnen Falten der Anordnung 24 verjüngen sich von ihren äußeren Spitzen 26 zu ihren inneren Spitzen 28. Ein sich in Umfangsrichtung erstreckendes Mittelrohr 30 umschreibt die inneren Spitzen 28 der gefalteten Anordnung 24 und definiert die äußere Umfangswand eines Kühlmitteladditivbehälters 32. Ein Kolben 34 nimmt die innere Umfangsfläche des Mittelrohrs 30 gleitend und abdichtend in Eingriff und definiert eine Querwand des Behälters 32. Die gegenüberliegende Querwand des Behälters 32 ist durch eine Endscheibe 36 definiert. Die Endscheibe 36 ist mit einer vergrößerten Apertur 38 versehen, durch die sich eine Dosierstange 40 erstreckt. Die Apertur 30 nimmt die Dosierstange 40 mit beträchtlichem Spiel auf, das ausreicht, damit der Inhalt des Behälters 32 durch die Apertur 38 um die Dosierstange 40 herum abgeführt werden kann. Wie oben erörtert, enthält der Behälter 32 Kühlmittelbehandlungs- und korrosionsverhindernde Chemikalien, die vorzugsweise als pastös oder flüssig geführt werden. Ein sich in Umfangsrichtung erstreckendes flexibles Schirmventil 42 ragt von der Dosierstange 40 radial vor und nimmt die Endscheibe 36 in Eingriff. Das Schirmventil 42 ist mit einer zentralen Apertur 44 versehen, die die Dosierstange 40 mit Gleitreibungepassung aufnimmt. Wie unten erörtert wird, wird die Dosierstange 40 weggefressen und gleitet innerhalb des Schirmventils 42. Das Schirmventil 42 dient somit als Rückschlagventilelement, das den Ablauf des Inhalts des Behälters 32 durch die Apertur 38 gestattet, jedoch den Eintritt von Kühlmittel in den Behälter 32 verhindert, wodurch der Inhalt des Behälters 32 vom Strömungsweg des Kühlmittels durch den Filter getrennt gehalten wird. Das Schirmventil 42 schützt die Stange 40 auch vor dem Kühlmittel, das durch den allgemein mit der Zahl 46 bezeichneten Strömungsweg zwischen dem Medium 22 und der Auslaßöffnung 18 in Verbindung steht. Somit ist nur die Spitze 48 der Stange dem Kühlmittel im Strömungsweg 46 ausgesetzt. Die Spitze 48 ist in einem Hohlraum 50 innerhalb eines Anschlagsglieds 52 aufgenommen, das zwischen dem Schirmventil 42 und einer Dichtung 54 an der Filterendscheibe 56 befestigt ist. Das Anschlagsglied 52 definiert einen Kanal 58, der einen Teil des Strömungsweges 46 bildet. Im wesentlichen im rechtem Winkel zueinander stehende Querträger 60 nehmen das Ende der Stange 40 in Eingriff, wobei sie weiterhin Öffnungen bereitstellen, um Strömung durch das Anschlagsglied 52 durch die Kanäle 58 zu gestatten. Die Dichtung 54 enthält ein axial vorstehendes, sich in Umfangsrichtung erstreckendes Teil 62, das die Bodenplatte 14 an einem sich in Umfangsrichtung erstreckenden Eingriffsbereich, der die Auslaßöffnung 18 umschreibt und zwischen der Auslaßöffnung 18 und den in Umfangsrichtung beabstandeten Einlaßöffnungen 16 angeordnet ist, in Eingriff nimmt, um auf diese Weise den Auslaß 18 gegenüber den Einlaßöffnungen 16 abzudichten. Eine Endscheibe 64 schließt die Enden der Falten 24 an dem Ende ab, das dem von.der Endscheibe 56 abgeschlossenen Ende entgegengesetzt ist, und eine Federhaltevorrichtung 66 nimmt die Endscheibe 64 und einen Eingriff 68 am Ende des Gehäuses 12 in Eingriff, um auf diese Weise eine Federvorspannkraft zu schaffen, die das Teil 62 der Dichtung 54 in abdichtenden Eingriff mit der Eingriffsfläche an der Bodenplatte 14 belastet.
• Die Stange 40 besteht aus einer Mg/Zn-Legierung mit 48 Gewichts-% Magnesium und 52 Gewichts-% Zink. Die Legierung wird hergestellt, indem die Metalle im richtigen Verhältnis eingewogen werden, in Argonatmosphäre so lange erhitzt werden, bis sie vollständig geschmolzen sind, und dann bei häufigem Rühren des geschmolzenen Gemischs diese Temperatur etwa zwanzig Minuten lang gehalten wird. Sie wird dann zur Ausbildung einer rechteckigen oder zylindrischen Masse in eine Form gegossen. Zylindrische Stangen mit den erforderlichen Abmessungen werden aus der Masse nach Abkühlen auf Raumtemperatur maschinell gearbeitet. Demgemäß wird zwischen den Magnesium- und Zinkbereichen in der Stange, wenn sie dem Kühlmittel ausgesetzt wird, eine korrodierendes Element aufgebaut.
• Das Metall bzw. die Metallegierung für das korrodierbare Material der Stange wird auf der Grundlage ihrer bevorzugten Korrosionsrate für eine bestimmte Höhe des Korrosionsinhibitors gewählt. Das Metall bzw. die Legierung muß mit der der jeweiligen Höhe an Korrosionsinhibitor entsprechenden Rate korrodieren. Die Korrosionsmechanismen, die zur Erzielung dieses gewünschten Effektes verwendet werden können, können sich aus dem Legieren der entsprechenden Metalle ergeben, so daß eine innere galvanische Wirkung hervorgerufen wird oder man sich auf die äußere galvanische Wirkung zwischen der korrodierbaren Stange und dem Anschlagsglied 52 verläßt. Eine Reihe von unterschiedlichen Metallen und Legierungen eignen sich zu diesem Zweck. Die am meisten bevorzugte Zusammensetzung ist allerdings eine Legierung aus Magnesium mit veränderlichen Mengen an Zink. Jedoch gibt es viele andere Abwandlungen mit anderen Metallzusammensetzungen, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt.
• Wie oben erörtert, können die in der Kammer 32 enthaltenen Additive entweder flüssig oder pastös sein. Die flüssigen Additive können, falls erforderlich, in flexiblen Blasen, die die Kammer 32 abteilen, getrennt gehalten werden. Es ist notwendig, diese Lösungen in diese ubeutelartigenuv Blasen zu trennen, da sich einige der erforderlichen Behandlungslösungen nicht mit den anderen vertragen. Ob pastös oder flüssig, die Additive in der Kammer 32 bestehen aus einer pH-Puffersubstanz (wie zum Beispiel entweder Natrium- oder Kaliumphosphat oder Natriumborat), einem allgemeinen Korrosionsinhibitor (wie zum Beispiel Natriumnitrat), einer Antihohlraumbildungssubstanz (auf Natriumnitritbasis), Aluminium- und Lotkorrosionsinhibitoren (wie zum Beispiel Natriumsilicat) und organische Korrosionsinhibitoren (für Kupfer, Messing und Lot, wie zum Beispiel ein Triazol derivat). Eine typische Formulierung (auf der Grundlage von Trockengewichtsprozent) lautet: Puffer 38-48%, Korrosionsinhibitor 12-16%, Antihohlraumbildungssubstanz 10-16%, Aluminiumlotkorrosionsinhibitor 5-16%, organische Korrosionsinhibitoren 10-15% und verschiedene Additive 2- 5%.
• Bei Betrieb tritt Kühlmittel in die Einlaßöffnung 16 ein und füllt das Gehäuse 12 vollständig. Beim Durchgang des Kühlmittels durch das Medium 12 kommt es zu einem Druckabfall, wodurch der Druck am Auslaß niedriger ist als der Druck am Einlaß, und auf den Kolben 34 wird eine einseitige Druckkraft ausgeübt, da die Flüssigkeit, um den Kolben 34 in Eingriff zu nehmen, um die Endscheibe 64 fließen kann. Kühlmittel gelangt durch das Medium 22 und tritt in den Strömungsweg 46 ein, wonach es zwischen der sich in Umfangsrichtung erstreckenden Wand, die das Mittelrohr 30 ausmacht, und den Kanälen, die zwischen den Falten, die die Anordnung 24 ausmachen, hindurchtritt und durch das Anschlagsglied 52 hindurchtritt und durch die Auslaßöffnung 18 abgeführt wird. Beim Durchgang des Kühlmittels durch das Anschlagsglied 52 wird die Spitze 48 der Stange 40 dem Kühlmittel ausgesetzt. Wenn das Kühlmittel korrodierend wird, wird dementsprechend aufgrund der Korrosivität des Kühlmittels die Spitze 48 der Stange 40 abgefressen. Obwohl, wie oben erörtert, bevorzugterweise innerhalb der Stange 40 Bereiche vorgesehen werden, um für die Erosionsfähigkeit der Stange zu sorgen, könnte das Material des Anschlagsglieds 52 derart gewählt werden, daß zwischen der Stange 40 und dem Anschlagsglied 52 ein korrodierendes Element geschaffen werden kann, wodurch die Spitze 48 der Stange 40 auf diese Weise zerfressen werden kann. Beim Zerfressen der Stange wird der Kolben 34 durch den oben erwähnten, auf ihn wirkenden Druckunterschied in der Figur nach oben gezwungen, wodurch das Behandlungsmaterial innerhalb des Behälters 32 aus der Apertur 38 herausgedrückt wird und das Schirmventilelement 42 ablenkt und somit das Behandlungsmaterial über den Strömungsweg 46 in das Kühlmittel eintreten kann. Wenn die Korrosivität des Kühlmittels abnimmt, wird die Stange 40 nicht mehr länger zerfressen und verhindert dementsprechend eine Bewegung des Kolbens 34, so daß der Inhalt des Behälters 32 nicht mehr länger aus der Apertur 38 herausgedrückt wird und das Schirmventil sich wieder schließt. Wenn die Spitze 48 zerfressen wird, wird das Schirmventil von dem Anschlagsglied 52 bezüglich der Stange 40 ortsfest gehalten, wodurch die Stange 40 innerhalb der innerhalb des Schirmventilelements 42 definierten Apertur 38 gleitet, wobei zwischen der Stange 40 und dem Schirmventil 42 Reibungspassung vorliegt. Wenn das Kühlmittel wieder korrodierend wird, beginnt wieder die Erosion der Spitze 48, was dazu führt, daß zusätzliches Behandlungematerial aus dem Behälter 32 gedrückt wird. Es ist dementsprechend ersichtlich, daß verglichen mit Einrichtungen nach dem Stand der Technik bei allmählicher Erosion der Spitze 48 das Behandlungsmaterial allmählich aus dem Behälter 32 abgeführt wird, wodurch die Korrosivität des Kühlmittels innerhalb relativ enger Grenzen gesteuert wird.

Claims (10)

1. Einrichtung zur Behandlung und Konditionierung von Motorkühlmittel, die folgendes umfaßt: ein Gehäuse (12) mit einem Einlaß (16) und einem Auslaß (18), Mittel innerhalb des Gehäuses (12) zum Definieren eines Strömungsweges für das Kühlmittel zwischen dem Einlaß (16) und dem Auslaß (18), einen Behälter (32) innerhalb des Gehäuses (12) zum Speichern einer Menge an Kühlmittelbehandlungsmaterial und ein auf die Korrosivität des Kühlmittels reagierendes Korrosivitätsreaktionsmittel (40) zum Abführen des Kühlmittelbehandlungsmaterials in das Kühlmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrosivitätsreaktionsmittel (40) ein Ventilmittel (42) zum Steuern des Ablaufs des Kühlmittelbehandlungumaterials aus dem Behälter (32) in den Strömungsweg betätigt, wenn die Korrosivität des Kühlmittels eine vorbestimmte Höhe erreicht, und danach gestattet, daß sich das Ventilmittel (42) wieder schließt.

2. Einrichtung zur Behandlung und Konditionierung von Motorkühlmittel nach Anspruch 1, wobei das Ventilmittel (42) eine Öffnung (38) in dem Behälter (32) und ein Rückschlagventilelement (42) umfaßt, das die Übertragung durch die Öffnung (38) steuert, um eine Übertragung des Materials in das Kühlmittel in dem Strömungsweg zu gestatten, aber die Übertragung von diesem Strömungsweg in den Behälter (32) verhindert.

3. Einrichtung zur Behandlung und Konditionierung von Motorkühlmittel nach Anspruch 2, wobei das Korrosivitätsreaktionsmittel (40) einen innerhalb des Behälters (32) beweglichen Kolben (34) enthält, um das Material durch die Öffnung zu drücken.

4. Einrichtung zur Behandlung und Konditionierung von Motorkühlmittel nach Anspruch 3, wobei der Kolben (34) auf den Druckunterschied in dem Kühlmittel zwischen dem Einlaß (16) und dem Auslaß (18) reagiert, wobei der Druckunterschied den Kolben (34) bewegt, um das Material in das Kühlmittel in dem Strömungsweg abzuführen.

5. Einrichtung zur Behandlung und Konditionierung von Motorkühlmittel nach Anspruch 3, wobei das Korrosivitätsreaktionsmittel (40) ein sich der Bewegung des Kolbens (34) entgegensetzendes korrodierbares Glied enthält, wobei das korrodierbare Glied dem Kühlmittel ausgesetzt ist und als Reaktion auf die Korrosivität des Kühlmittels korrodiert, wobei sich der Kolben (34) beim Korrodieren des Glieds innerhalb des Behälters (32) bewegt und so daß Material in den Strömungsweg drückt.

6. Einrichtung zur Behandlung und Konditionierung von Motorkühlmittel nach Anspruch 5, wobei es sich bei dem korrodierbaren Glied um eine Stange (40) handelt, wobei ein Ende der Stange (40) den Kolben (34) in Eingriff nimmt und das andere Ende der Stange (40) ein von dem Gehäuse (12) getragenes Anschlagsglied (52) in Eingriff nimmt.

7. Einrichtung zur Behandlung und Konditionierung von Motorkühlmittel nach Anspruch 6, wobei das Anschlagsglied (52) einen Teil des Strömumgsweges definiert, wobei das Anschlagsglied (52) das Kühlmittel in dem Strömungsweg zu dem anderen Ende der Stange (40) lenkt, wodurch die Korrosivität des Kühlmittels das eine Ende der Stange (40) zerfrißt, so daß sich der Kolben (34) bewegen kann, um das Material in das Kühlmittel in dem Strömungsweg zu drücken.

8. Einrichtung zur Behandlung und Konditionierung von Motorkühlmittel nach Anspruch 7, wobei der Kolben (34) ein Ende des Behälters (32) definiert, wobei sich die Stange (40) durch den Behälter (32) und aus dem anderen Ende des Behälters (32) heraus erstreckt, um das Anschlagsglied (52) in Eingriff zu nehmen.

9. Einrichtung zur Behandlung und Konditionierung von Motorkühlmittel nach Anspruch 8, wobei das Rückschlagventilelement (42) auf der Stange (40) sitzt.

10. Einrichtung zur Behandlung und Konditionierung von Motorkühlmittel nach Anspruch 1, wobei das Korrosivitätsreaktionsmittel (40) einen innerhalb des Behälters (32) beweglichen Kolben (34), um das Material aus dem Gehäuse (12) zu drücken, und ein sich der Bewegung des Kolbens (34) entgegensetzendes korrodierbares Glied enthält, wobei das korrodierbare Glied dem Kühlmittel ausgesetzt ist und als Reaktion auf die Korrosivität des Kühlmittels korrodiert, wobei sich der Kolben (34) beim Korrodieren des Glieds innerhalb des Behälters (32) bewegt und so das Material in den Strömungsweg drückt.