PRESSURE CONTROL DEVICE FOR THE COOLING CIRCUIT OF AN INTERNAL-COMBUSTION ENGINE

Abstract: 1. Means for controlling the pressure of the cooling circuit of internal combustion engines, in which the expansion volume (110) of a coolant compensating chamber or expansion tank (3) is connected via two excess-pressure valves (112 and 113), a negative-pressure valve (114) and an on-off valve (115) to an overflow connection to and from atmosphere, and in which the on-off valve (115) in its opening and closed position alternately brings the two excess-pressure valves (112 and 113), which are connected in series, into action, a filling and closure cover (122) being disposed on the expansion volume (111), characterised in that the two excess-pressure valves (112 and 113), the negative-pressure valve (114) and the on-off valve, which is in the form of a float valve (115), are disposed on the filling and closure cover (122).

Description: Die Erfindung bezieht sich auf eine Drucksteuervorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine Drucksteuervorrichtung dieser Bauart zählt durch eine nicht vorveröffentlichte Patentanmeldung zum Stand der Technik. Bei einer bekannten Drucksteuervorrichtung ähnlicher Bauart gemäss der DE-A-31 43 749 wird ein Schaltventil in Abhängigkeit vom Betrieb der Maschine betätigt und schaltet während des Betriebes der Maschine das Überdruckventil für den niedrigeren Betriebsdruck ein, während nach dem Abstellen der Maschine zum Vermeiden von Kühlmittelauswurf beim Nachheizen aus Vollast nur das Überdruckventil für den höheren Betriebsdruck wirksam ist. Bei dieser Ausbildung ist für die Betätigung des Schaltventiles eine Höchstkraftsteuerung mit entsprechendem Bau- und Schaltaufwand erforderlich. Darüber hinaus weist diese Ausbildung auch funktionelle Nachteile auf, weil das Schaltventil ein Auswerfen von Kühlmittel sowohl bei einem Nachheizen der Maschine während eines Leerlauf-Betriebes nach Vollast als auch bei einem Wieder-lnbe- triebsetzen der Maschine während des Nachheizens nach einem Abstellen aus Vollast nicht verhindern kann. Aufgabe der Erfindung ist es, die Drucksteuervorrichtung so zu verbessern, dass sowohl der Bauaufwand verringert als auch die Funktion verbessert wird. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 in überraschend einfacher Weise mit dem geringen Bauaufwand eines Schwimmerventiles als Schaltventil gelöst. Das Schwimmerventil schaltet unabhängig vom Betrieb der Maschine immer dann vom niedrigeren Betriebsdruck auf den höheren Betriebsdruck, also sowohl bei Stillstand als auch im Leerlauf, wenn durch Dampfbildung in der Maschine das Kühlmittel-Niveau im Ausgleichsbehälter das Schaltniveau des Schwimmerventiles überschreitet. Ein Auswerfen von Kühlmittel ist damit auch im Leerlauf oder beim Wiederstart der Maschine während des Nachheizens ausgeschlossen. Durch das rasche Kondensieren des Dampfes nach dem Wiederstart ist ein überhöhter Betriebsdruck beim anschliessenden Betrieb der Maschine ausgeschlossen. Ein überhöhter Betriebsdruck ist schliesslich auch dann ausgeschlossen, wenn Brenngas-Leckagen in das Kühlmittel auftreten, weil das Brenngas durch die übliche Entlüftung, den Ausgleichsbehälter und das Überdruckventil für den niedrigeren Betriebsdruck zur Atmosphäre abgeleitet wird, ohne dass dabei das Kühlmittel-Niveau auf das Schaltniveau des Schwimmerventiles ansteigt. Die Reihen-Schaltanordnung der Überdruckventile nach dem Patentanspruch 1 hat gegenüber der Parallel-Schaltanordnung entsprechend der DE-A-31 43 749 die Vorteile, dass bei Undichtheit eines beliebigen der Ventile der Kühlkreis dennoch mit dem niedrigeren Betriebsdruck betriebsfähig bleibt und dass für beide Überdruckventile gleiche Bauteile für gleiche, sich jedoch addierende Öffnungsdruckwerte verwendet werden können. Die Anordnung des Schwimmerventiles in der Ventilkammer zwischen beiden Überdruckventilen schliesst einen Einfluss von intensiver Strömung und Schlingerbewegungen des Kühlmittels im Ausdehnungsvolumen eines Kühler-Wasserkasten bzw. eines Ausgleichsbehälters auf die Funktion des Schwimmerventiles aus. Bei einer bekannten Drucksteuervorrichtung ähnlicher Bauart gemäss US-A-2 878 794 und DE-A-30 45 357 ist es zwar bereits bekannt, die Überdruckventile hintereinander und gemäss DE-A-30 45 357 ein Schaltventil parallel zum zweiten Überdruckventil zu schalten. Dabei ist jedoch zwischen beiden Überdruckventilen ein weiterer Ausgleichsbehälter angeordnet und das Schaltventil ist als Strömungsventil ausgebildet, das bei raschem Dampf- oder Kühlmittelauswurf aus dem ersten Überdruckventil in den zweiten Ausgleichsbehälter den weiteren Strömungsweg zur Atmosphäre abschliesst. Der Auswurf von Kühlmittel in den zusätzlichen Ausgleichsbehälter begünstigt jedoch die weitere Dampfbildung in der Brennkraftmaschine mangels raschen Druckanstieges. Ein vollständiges Rücksaugen des Kühlmittels in den Kühlkreis ist erst bei völligem Abkühlen der Maschine bzw. Absinken des Pumpensaugdruckes unter den atmosphärischen Druck möglich. Bei Wiederstart der noch betriebswarmen Maschine ist daher ein normaler Systemdruck im Kühlkreis nicht gewährleistet. Darüber hinaus sind Bauaufwand, Gewicht und Raumbedarf dieser Ausbildung sehr hoch. Die Merkmale der Patentansprüche 2 bis 4 enthalten besonders vorteilhafte Lösungen des Grundgedankes der Erfindung, die auch unabhängig von der Anordnung der Ventile nach Anspruch 1 die austauschbare Anwendung bei handelsüblichen Verschlussdeckel n mit geringem Zusatz-Bauaufwand ermöglichen. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Kühlkreis für eine flüssigkeits-gekühlte Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung mit einem Ausgleichsbehälter und an diesem angeordneten Ventilen als erfindungsgemässe Drucksteuervorrichtung, Fig. 2 einen handelsüblichen Schraub-Verschlussdeckel mit einem zusätzlichen Ventil-Paar und Fig. 3 einen handelsüblichen Bajonett-Verschlussdeckel mit einem zusätzlichen Ventil-Paar. Ein Kühlkreis für eine flüssigkeits-gekühlte Brennkraftmaschine 1 enthält gemäss Fig. 1 einen Luft-Kühlmittel-Wärmetauscher als Kühler 2, einen Nebenstrom-Ausgleichsbehälter 3, einen Thermostat 4 und eine Kühlmittelpumpe 5. Für einen Entlüftungs-Nebenstrom führt von einem Hochpunkt des Kühlkreises am Kühler 2 eine Entiüftungsleitung 6 in den Ausgleichsbehälter 3 und von diesem zurück zur Pumpensaugleitung 7 eine Befüli-Leitung 8. Zum Sichern eines bestimmten Höchst-Befüllstandes 9 und damit eines festgelegten Ausdehnungsvolumens 10 weist der Ausgleichsbehälter 3 einen entsprechend bemessenen Befüllstutzen 11 auf. Als Drucksteuervorrichtung enthält der Ausgleichsbehälter 3 an seiner Oberseite an das Ausdehnungsvolumen 10 angeschlossene Ventile, nämlich zwei hintereinander geschaltete, baugleiche Überdruckventile 12 und 13 und jeweils ein zu einem Oberdruckventil 12 bzw. 13 parallel geschaltetes, zentral in diesem angeordnetes Unterdruckventil 14 und Schwimmerventil 15. Die Überdruckventile 12 und 13 und das Unterdruckventil 14 weisen je eine Schliessfeder 12', 13' bzw. 14' und insgesamt einen handelsüblichen Aufbau auf. Das Schwimmerventil 15 ist dem Aufbau des Unterdruckventiles 14 und einer für diese vorgesehen zentrischen Bypass-Öffnung 15' im zugeordneten Überdruckventil 12 angepasst. Aussparungen 16 in einem Halteteller 17 des Schwimmerventiles 15 sichern den Durchfluss von Luft aus dem Ausdehnungsvolumen 10 und dem unteren überdruckventil 13 bzw. zum Unterdruckventil 14 und durch die allseits geschlossene Ventilkammer 18 sowie den Überlaufanschluss 19 zur und von der Atmosphäre. Das Schaltniveau 20 des Schwimmerventiles 15 ist derart auf den Höchst-Befüllstand 9 im Ausgleichsbehälter 3 abgestimmt, dass das Schaltniveau 20 höher liegt als das im Normal-Betrieb ohne Dampfbildung in der Maschine 1 höchste Kühlmittel-Niveau 21. Steigt dagegen das Kühlmittel-Niveau nach einem Vollast-Betrieb der Maschine 1 im anschliessenden Leerlauf-Betrieb oder nach dem Abstellen aufgrund eines Nachheizens mit Dampfbildung vor allem im Kühlmantel des Zylinderkopfes der Maschine 1 über das Schaltniveau 20 des Schwimmerventiles 15 an, so wird durch das Schliessen des Schwimmerventiles 15 einerseits ein Auswerfen von Kühlmittel verhindert und andererseits durch Hintereinander-Schalten beider Überdruckventile 12 und 13 der Überdruckwert verdoppelt und dadurch die Dampfbildung begrenzt. Der erhöhte Überdruckwert bleibt auch bei einem Wiederstart solange wirksam, bis das Dampfvolumen kondensiert und das Kühlmittel-Niveau wieder unter das Schaltniveau 20 abgefallen ist. Ein Kühimittelverlust ist somit bei allen üblichen Betriebszuständen einer intakten Maschine 1 ausgeschlossen. Ein Kühlmittelverlust und ein überhöhter Betriebsdruck sind aber sogar auch bei Brenngas-Leckagen in den Kühlkreis ausgeschlossen, weil das Brenngas von der tQebenstrom- Entlüftung im Ausgleichsbehälter abgeschieden wird und über das offene Schwimmerventil 15 und das beim niedrigeren Betriebsdruck öffnende untere Überdruckventil 13 abblasen kann. Eine Beeinflussung der Funktion des Schwimmerventiles 15 durch Verlagerungen und beschleunigungsbedingte Bewegungen des Kühlmittel- Niveaus ist durch die Anordnung des Schwimmerventiles 15 in der engen Ventilkammer 18 ausgeschlossen. Der in Fig. 2 dargestellte Schraub-Verschlussdeckel 122 ist einschliesslich der beiden Überdruckventile 112 und 113 und des Unterdruckventiles 114 handelsüblich ausgebildet. Das Schwimmerventil 115 ist dem Ventilsitz für ein handelsübliches Unterdruckventil 114 entsprechend gestaltet und anstelle eines solchen angeordnet. In einer dem Ausdehnungsvolumen 110 zugewandten zylindrischer, Aussparung 123 ist ein Ventileinsatz 124 mit Dichtung 125 eingepasst, der das zweite Überdruckventil 113 und das Unterdruckventil 114 enthält. Dieser Ventileinsatz 124 ist am handels üblichen Schraub-Verschlussdeckel 122 durch einfaches Aufstecken befestigt und somit auch nachrüstbar. Zum Nachrüsten eignet sich eine gegenüber Fig. 1 vertauschte Anordnung von Schwimmerventil 115 und Unterdruckventil 114 besser, weil dadurch ein Austausch des handelsüblich angeordneten Unterdruckventiles 114 gegen das Schwimmerventil 115 unterbleiben kann. Der in Fig. 3 dargestellte Bajonett-Verschlussdeckel 222 entspricht gleichfalls einer handelsüblichen Ausbildung einschliesslich Ober- druckventil 212 und zum Teil auch einschliesslich Unterdruckventil 214. Dessen Ventilteller ist jedoch zu einem Halteflansch 226 für ein Ventilgehäuse 227 abgewandelt und mit Durchtrittsöffnungen 228 versehen. Im Ventilgehäuse 227 ist ein Schwimmerventil 215 angeordnet, das die Durchtrittsöffnung 228 steuert. Der Bördel rand 227' des Ventilgehäuses 227 dient als Dichtrand des Unterdruckventiles 214 und wirkt - wie in handelsüblicher Weise der Ventilteller des Unterdruckventiles - mit der Dichtscheibe 229 des Überdruckventiles 212 zusammen. Die dem Ausdehnungsvolumen 210 zugewandte Unterseite des Ventilgehäuses 227 enthält das zweite Überdruckventil 213, das bis zum Schliessen des Schwimmerventiles 215 einen geringeren Überdruck im Ausdehnungsvolumen 210 bestimmt als das dann massgebende erste Überdruckventil 212 mit für den höheren Ü berdruck-Öffnungswert bemessener Schliessfeder 212'. Bei dieser Ausbildung sind somit im Gegensatz zu den Ausbildungen nach den Fig. 1 und 2 die beiden Überdruckventile 212 und 213 parallel geschaltet, so dass jeweils eines alleine den aufgrund der Funktion des Schwimmerventiles 215 einzustellenden Höchstdruck im Ausdehnungsvolumen 210 bestimmt.

Claims: Patentansprüche 1. Drucksteuervorrichtung für den Kühlkreis von Brennkraftma schinen, mit zwei hintereinander yeschalteten Überdruckventilen (12 und 13) und einem einem Überdruckventil (12) parallel geschal teten Schwimmerventil (15), die am Ausdehnungsvolumen (10) eines Kühlmittel-Ausgleichsrau mes (Ausgleichsbehälter 3) angeschlossen sind und die bei geschlossenem Schwimmerventil [15) einen höheren Be triebsdruck begrenzen als bei offenem Schwimmerventil (15), dadurch gekennzeichnet, dass das Schwimmerventil (15) eine Bypass-Öffnung (15') zu dem vom Ausdehnungsvolumen (10) ausgehend zweiten Überdruckven til (12) steuert und in einer zwischen beiden Überdruckventilen (12 und 13) all seits geschlossenen Ventilkammer (18) angeordnet ist. 2. Drucksteuervorrichtung für den Kühikreis von Brennkraftmaschi nén, insbesondere nach Anspruch 1, mit in einem Kühlkreis-Befüll- und -Verschlussdeckel (122 bzw. 222) für ein Ausdehnungsvolumen (110 bzw. 210) angeord neten Ober- und Unterdruck-Ventil-Paar (112 und 114 bzw. 212 und 214), dadurch gekennzeichnet, dass einem in handelsüblicher Anordnung eingebauten parallel geschalteten Über- und Unterdruck- oder Schwimmer-Ventil-Paar (112 und 114 oder 115 bzw. 212 und 214) ein weiteres Über druck- und Unterdruck- bzw. Schwimmer-Ventil-Paar (113 und 114 oder 115 bzw. 213 und 215) zum Ausdehnungsvolumen (11Q bzw. 210) hin vorgeschaltet ist, wobei das weitere Ventil-Paar (113 und 114 bzw. 213 und 215) in einem Ventilgehäuse (124 bzw. 227) angeordnet ist, das am handelsüblichen Teil des Deckels (122 bzw. 222) befestigt ist, und wobei das Schwimmer-Ventil (115 bzw. 215) mit einem Über druck-Ventil (113 bzw. 213) in Reihe liegt und eine Bypass Öffnung (115' bzw. 228) zum zweiten Überdruck-Ventil (112 bzw. 212) steuert, das wiederum in Reihe oder parallel zum ersten Überdruck-Ventil (113 bzw. 213) liegt. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, mit parallel nebeneinander in einer dem Ausdehnungsvolumen (110) zugewandten zylindrischen Aussparung (123) des Deckels (122) angeordneten Ventil-Paar (113 und 114), dadurch gekennzeichnet, dass in der Öffnung der Aussparung (123) das weitere Ventil Paar (113 und 114) mittels eines Ventil-Einsatzes (124) abge dichtet befestigt ist. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, mit einem konzentrisch in einem Überdruck-Ventil (212) angeordneten Unterdruck-Ventil (214), deren Anordnung auf einen Ventilsitz an einer Befüll-Öffnung abgestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass am Ventilteller (Halteflansch 226) des Unterdruck-Ventiles (214) ein diesen umgreifendes Ventilgehäuse (227) abgedichtet befestigt ist, das ein Schwimmer-Ventil (215) zum Steuern von Durchtrittsöffnungen (228) im Ventilteller (Halteflansch 226) enthält und ein weiteres Überdruck-Ventil (213) zum Ausdeh nungsvolumen (21 0) hin aufweist.

Inventors: SCHWEIGER, ERWIN
Applicants: BAYERISCHE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1985
Main classification: F01P3
IPC codes: F01P11, F01P3