内燃机的冷却剂循环以及确定用于该冷却剂循环的平衡容器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种内燃机的冷却剂循环(1)，其带有平衡容器(2)和换热器(4)。冷却剂通过供给管路(3)到达换热器(4)中。在换热器(4)的上部区域中存在用于冷却剂的排出孔(6)，其带有支路，通过支路一方面将主体积流输送给低温区域而通过其另一方面将副体积流通过通风管路(7)引回到平衡容器(2)中。由于在通风管路(7)中较高的流动速度，在换热器(4)中存在的空气被输送给较低地定位的平衡容器(2)。通风管路(7)在平衡容器(2)的内部中延续为竖直的空心柱状的管截段(10)，其因此至少逐段地在平衡容器(2)中在冷却剂的平衡体积(8)的水位(11)之下延伸。根据本发明实现平衡容器(2)的布置，在其中在平衡容器(2)中的填充液位高度(11)在运行中处在换热器(4)之下。通过使通风管路(7)逐段地处在填充液位高度(11)之下，防止在换热器(4)与平衡容器(2)之间的压力平衡。通过抽吸存在于换热器(4)中的空气所产生的负压因此维持，使得尽管在冷却剂循环(1)内存在压降存在于换热器(4)中的冷却剂体积不流到冷却剂循环(1)的较低的区域中。
【专利说明】内燃机的冷却剂循环以及确定用于该冷却剂循环的平衡容 器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种内燃机的冷却剂循环，其具有平衡容器，平衡容器借助于供给管 路与冷却剂循环的与内燃机或内燃机的待冷却的设备相关联的换热器相连接，其中，冷却 剂循环此外包括通风管路，通过其换热器与平衡容器相连接并且通风管路以排出孔通到平 衡容器中，并且其中，平衡容器的通风管路至少逐段地布置于在运行中在平衡容器中所设 置的最小填充液位高度（Fuellstandshoehe)之下。此外，本发明涉及一种用于内燃机的冷 却剂循环的平衡容器。
【背景技术】
[0002] 这样的冷却剂循环以及确定用于此的平衡容器例如通过文件DE 29 44 865 A1 已知，其涉及一种用于平衡在内燃机的冷却设备中的冷却液量的组件。主冷却循环在此 包括至少一个发动机冷却室、冷却器和冷却液泵。主冷却循环通过至少两个持续上升 的管路与布置在其之上的气体分离容器相连接。气体分离容器具有可封闭的填充接管 (Fuellstutzen)。在主冷却循环之上或之下设置有第二容器，其底部通过至少一个管路与 气体分离容器的上部相连接。气体分离容器完全地或者几乎完全地填充有冷却液。第二容 器一部分以冷却液、一部分以备用冷却液并且一部分以从主冷却循环分离出的气泡或汽泡 以及以平衡冷却液的可能的体积变化的空气来填充。从主冷却循环持续向上引出两个管路 并且通到布置在其之上的气体分离容器中，气体分离容器在最高部位处具有以盖封闭的填 充接管。从气体分离容器的上部引出另一管路至较低的第二容器并且通到其底部中。这些 管路中的一个用作输入部而另一个用作输出部。如果在主冷却循环中形成气泡或汽泡，其 通过到气体分离容器中的管路中的一个上升直到管路中。如果冷却液由于温度变化而膨 胀，其将气泡或汽泡通过管路压到第二容器中，在那里它们聚集并且不再能返回到系统中。 前提是，容器中的最小液位高到使得在该组件的最大倾斜位置中空气不能到达管路中。
[0003] 此外，文件DE 41 39 767A1说明了一种用于内燃机的蒸发冷却部 (Verdampfungskuehlung)，其关联有油冷却器，其中，冷却剂管路在冷却剂-蒸汽管路（其 将机器与冷凝器相连接）与从冷凝器离开的冷凝物管路之间延伸，其在冷凝泵的压力侧上 从冷凝物管路离开。
[0004] 也由文件DE 33 39 717 C2已知一种蒸发冷却部，其中，内燃机的润滑油冷却器的 冷却剂管路从布置在蒸汽管路中的分滴器离开并且通入用于由冷却剂蒸汽所携带的液态 冷却剂的管路中。
[0005] 文件DE 10 2006 002 459 A1涉及一种冷却剂循环系统。当冷却剂的温度升高并且 恒温器打开时，循环通过发动机的冷却剂流到上面的冷却器容器中并且然后在冷却器内循 环，在那里其产生气泡。然后将冷却剂引回到发动机中。在冷却器中所产生的气泡与冷却 剂一起通过冷却器分支管路流到平衡容器中。在平衡容器中，冷却剂中的空气被置于压力 下，因为冷却剂的水平由于通过加热所引起的冷却剂的膨胀而升高。当空气的压力达到压 力帽的预定极限压力时，置于压力下的空气被从平衡容器中排出，直到冷却剂不再包含空 气。平衡容器的下部以冷却剂、上部以空气来填充。冷却器分支管路与平衡容器的下部相 连接。因此在冷却器分支管路中设置有止回阀，以防止冷却剂和空气从平衡容器回流到冷 却器中。
[0006] 文件DE 1 206 211 B示出一种带有初级冷却剂循环的冷却设备，其用于冷却机动 车的内燃机。冷却设备此外具有次级冷却剂循环，其用于冷却机动车的流体或装置、例如内 燃机的增压空气。对于两个冷却剂循环设置有共同的平衡容器，其用于平衡在冷却剂循环 中的冷却剂体积波动并且优选地还用于冷却剂循环的通风。
[0007] 这种类型的文件DE 199 12 138 A1涉及一种用于机动车的内燃机的冷却设备。此 外将初级冷却剂循环和次级冷却剂循环分别单独地联接到平衡容器处，其中，联接部位被 选择成使得在平衡容器中的冷却剂水平下降时首先结束从平衡容器到次级冷却剂循环冷 却剂流出，而到初级冷却剂循环中的冷却剂流出此外仍是可能的。以该方式可在冷却剂损 失的情况下较长地来维持初级冷却剂循环的符合规定的运行。尤其地，在次级冷却剂循环 中的泄漏不会导致初级冷却剂循环的功能故障。该构思由此来实现，即次级冷却剂循环的 嘴口在平衡容器中布置在比初级冷却剂循环的嘴口静液更高的水平上。在此，平衡容器的 通风管路布置在平衡容器中的最小填充液位高度之下。
[0008] 原则上在已知的冷却剂循环中所有待冷却的功能元件、尤其换热器（冷却剂在其 中循环）在平衡容器内布置在冷却剂水平之下。以该方式冷却剂自动地流到较低、所联接 的功能元件和管路区域中，从而保证足够的填充度。
[0009] 在实践中显示出，在结构空间充分利用方面各个功能元件布置在平衡容器之上是 值得期望的，以便由此改善在布置被流过的换热器时设计自由。
[0010] 可以想到将在冷却剂循环中的体积流调整成使得如果换热器布置在平衡容器之 上那么还确保换热器的可靠流过和足够的填充度。从该动态运行状态出发，然而证明为阻 碍的是，冷却剂在缺乏流过时、即在冷却剂泵停止时流到冷却剂循环的下部区域中。
[0011] 也已考虑通过止回阀或可控制的阀来防止冷却剂的不期望的回流。然而附加的制 造耗费与这样的建议方案的实现相联系。
【发明内容】
[0012] 在该背景下，本发明目的在于一方面鉴于平衡容器的布置提高设计自由而另一方 面提高可流过的换热器的设计自由。尤其地，根据本发明应以较小的构造耗费以及较小的 制造耗费来实现换热器在填充液位高度之上的相对位置。
[0013] 该目的利用根据权利要求1的特征的冷却剂循环来实现。从属权利要求涉及本发 明的特别适宜的改进方案。
[0014] 即根据本发明提出一种冷却剂循环，在其中换热器至少逐段地即以在重力的作用 方向上相对铅垂的间距布置于在运行中在平衡容器中所设置的最小填充液位高度之上，使 得例如供给管路在平衡容器处的进入孔处于供给管路在换热器处的进入孔之下。同时，通 风管路的横截面面积被测定成使得在运行中可产生的体积流适合于从换热器中抽吸空气 并且即使在缺乏流过的情况下在通风管路的管路截段中也收集有冷却剂体积，其充填横截 面面积并且基本上气密地封闭该管路截段。因为不仅平衡容器而且其通风管路都至少逐段 地布置在换热器之下，如果冷却剂的动态流动被中断，那么也保持通过在冷却剂循环的运 行期间的动态过程以及通过借助于通风管路抽吸空气所实现的换热器的填充。即在现有技 术已知的布置中带有其排出孔的通风管路在填充液位高度之上通到平衡容器中使得造成 在换热器与平衡容器之间的压力平衡且引起造成冷却剂从换热器通过供给管路回流到平 衡容器中，而根据本发明排除了换热器的该不期望的排空过程。而以令人惊讶地简单的方 式由此来防止从换热器回流到平衡容器中，即通风管路优选地在排出孔的范围中不仅在动 态运行中而且在静止状态中都被在平衡容器中的冷却剂体积封闭。在通风管路内的冷却 剂体积因此封闭通风管路并且防止压力平衡，使得在换热器中维持负压，其可靠地防止冷 却剂的回流。在此，附加的阀、尤其止回阀不是必需的，从而制造耗费减小。换热器相对于 平衡容器的相对布置因此几乎是任意的，从而可在没有附加构件的情况下显著改善空间利 用。对此必需的排气可在制造者侧通过在相应的负压条件下冷却剂循环的充填或者在运行 中在通风管路相应的结构设计下来实现。其使在运行中较高的流动速度（其以本身已知的 方式导致包含在换热器中的空气与回流的冷却剂共同携带且因此导致空气抽吸到较低的 区域中直到在平衡容器中的填充液位高度之下）成为可能。在此，根据本发明，术语"之下" 涉及相对铅垂的间距、即在重力的作用方向上。
[0015] 通风管路的管路截段（其在平衡容器内在平衡容器中的填充液位高度之下延伸） 可通过例如S形的弯管类似虹吸管来形成，其中，下面的弯曲部始终保持填充有冷却剂并 且因此显著减少或几乎排除气体的通过。而本发明的一变型是特别有利的，在其中带有其 排出孔的通风管路布置在填充液位高度之下、尤其在平衡容器的容器底部的区域中。在此， 通风管路在侧面或者从上面进入平衡容器中，其中，排出孔始终处在填充液位高度之下。如 果在行驶运行中造成冷却剂在平衡容器内的动态的或静态的流动，那么由此也有效地防止 冷却剂通过供给管路回流，因为排出孔邻近于容器底部布置并且因此本身较少的填充液位 还相对于不希望空气进入通风管路中保证可靠的密封。
[0016] 在本发明的另一同样期望特别成功的变型中，通风管路在平衡容器内的区域中配 备有带有显著的横截面加宽的管截段。由此在该管路截段的区域中出现流动速度的明显 减速，从而可避免不希望的起泡并且出现带有分散于其中的空气的冷却剂的平静。即通过 使回流通过通风管路的冷却剂在带有大致坚直的主延伸部的管截段内缓慢上升并且在此 在恒定的体积流下产生较低的流动速度，可防止整个平衡体积的不需要的涡旋。管截段相 应地形成溢出部（Ueberlauf)，冷却剂通过其上升并且管截段的排出孔通过其溢流到在平 衡容器内的其余冷却剂体积中。同时，优选地坚直的管截段形成漩涡罐（Schwalltopf)，其 即使在强烈的动态影响下也具有足够的填充体积。由于该管截段，只要在平衡容器中的水 位不高于管截段的排出孔，通风管路在初次或者重新填充冷却剂循环时首先保持没有冷却 齐U，由此实现静态填充或者负压填充。在此，管截段的上边缘可布置在填充液位高度之上或 之下。
[0017] 此外，当通风管路具有相切地通入管截段中的接管时，希望地证实为特别成功。即 通过使冷却剂不是大约碰到作为挡板的管截段的内壁面上、而是大致相切地进入坚直的柱 状的管截段中，流动的动能的主要部分被转化成涡流，由于横截面加宽使涡流可靠地平静， 而冷却剂不通过在管截段的上边缘处的排出孔起泡溢出。此外通过切向进入，减少气泡的 不期望的爆裂和与此相联系的在水中较小气泡的形成。较小的气泡在水中比较大的气泡上 升得慢得多并且因此不利于防止起泡。
[0018] 本发明的另一期望特别成功的设计通过下面还由此来实现，即通风管路布置于在 换热器处布置在冷却剂水平之上的位置的区域中。由此可靠地避免气塞（Lufteinschluss) (其否则不能通过通风管路被去除）。优选地，通风管路布置在换热器的最高的区域中。
[0019] 根据本发明，冷却剂循环的功能很大程度上独立于平衡容器相对于换热器的相对 坚直位置，从而在平衡容器的优选的布置中在平衡容器中的填充液位高度在运行中处于供 给管路在换热器处的进入孔之下，其中，它的用于主冷却剂流的排出孔布置在进入孔之上。 通过使冷却剂从下向上流过换热器，避免带有减少的冷却剂交换的区。主冷却剂流通过排 出孔到达后置的区域、例如低温区域。
[0020] 此外，当平衡容器布置在换热器之下、即换热器的供给管路的进入孔定位在平衡 容器的容器上侧之上时，证实为特别适宜的。由此可将平衡容器布置在机动车内的较低的 区域中、尤其在发动机舱内，以便由此能够最佳地利用在发动机舱内的自由空间并且优化 重量分布。
[0021] 通风管路的一重要功能是由于在运行中在通风管路中存在的较高的流动速度可 靠地导出冷却剂和分散于其中的空气体积。对此，在通风管路内的管路横截面明显小于供 给管路的管路横截面。例如，通风管路在换热器的区域中具有3至8_、优选地大约6_的 内径。
[0022] 原则上，如此提供的冷却剂循环适合于许多应用、例如也适合于位置固定的设备 例如空调设备。而由此来实现期望特别成功的设计，即换热器实施为与内燃机相关联的增 压空气冷却器，以便由此相应地冷却燃烧用空气。
[0023] 该目的还利用一种用于冷却剂循环的平衡容器来实现，其中，平衡容器在运行中 与换热器通过用于冷却剂的供给管路以及通过用于将被输送给换热器的冷却剂的部分体 积引回的通风管路相连接并且通过使通风管路作为接管进入平衡容器中且例如在平衡容 器内至少逐段地在平衡容器中的填充液位高度之下延伸而换热器在平衡容器中布置在填 充液位高度之上。同时，通风管路的横截面面积被测定成使得在运行中能够产生的体积流 适合于从换热器中抽吸空气，其中，通风管路的管路截段的横截面面积即使在冷却剂循环 停止的情况下也被冷却剂气密地封闭。从已知的、在运行中出现的最小填充液位高度出发， 通风管路的排出孔因此始终处在填充液位高度之下，结果是通过通风管路不能实现在换热 器与平衡容器之间的压力平衡。因此可靠地维持通过抽吸同样存在于换热器中的空气所产 生的相对于平衡容器的负压，使得尽管在冷却剂循环内存在压降存在于换热器中的冷却剂 不流至最低的地点。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 本发明许可大量实施形式。为了进一步说明其基本原理，在附图中示出其中的一 个并且接下来来说明。其分别以原理图示出。其中：
[0025] 图1以侧视图示出了带有换热器和平衡容器的冷却剂循环；
[0026] 图2示出了平衡容器的放大的侧视图；
[0027] 图3示出了平衡容器的放大的俯视图。
【具体实施方式】
[0028] 下面根据图1至3来详细阐述未示出的内燃机的根据本发明的冷却剂循环1和包 括在该冷却剂循环1中的平衡容器2。平衡容器2通过用于冷却剂的供给管路3与增压空 气冷却器的换热器4相连接。冷却剂通过供给管路3通过进入孔5到达换热器4中。在换 热器4的上部区域中存在带有支路的用于冷却剂的排出孔6, 一方面主体积流通过其被输 送给未示出的低温区域中而另一方面副体积流通过其通过通风管路7被引回到平衡容器2 中。在此，通风管路7的特殊性质在于由在通风管路7中的较小的横截面面积引起的在其 中出现的较高的流动速度，通风管路7适合于携带存在于换热器4中的气态流体并且输送 给定位得较低的平衡容器2,其不仅包含冷却剂的平衡体积8而且包含空气体积9。通风管 路7在平衡容器2的内部中作为坚直的空心柱状的管截段10延续，因此其至少逐段地在平 衡容器2中在冷却剂的平衡体积8的水位11之下延伸。管截段10在其通过横截面中相对 于通风管路7明显加宽并且在平衡容器2中的水位11之上形成由水平的排出孔12所形成 的溢出部。在管截段10中造成流动速度的明显减速并且因此造成被引回的冷却剂的平静。 所携带的空气因此流出到平衡容器2中，而不使平衡体积8起泡。还由此来支持该平静效 果，即通风管路7相切地布置在管截段10处并且由此在箭头方向上产生涡流13。如可识别 出的那样，根据本发明第一次实现平衡容器2的布置，在其中在平衡容器2中的填充液位高 度11在运行中布置于供给管路3在换热器4处的进入孔5之下并且因此同时也布置于在 换热器4处的排出孔6之下。通过使通风管路7处在填充液位高度11之下，防止在换热器 4与平衡容器2之间的压力平衡。因此可靠地维持通过抽吸可能存在于换热器4中的气态 流体所产生的相对于在平衡容器2中的空气体积9的负压，使得尽管在冷却剂循环1内存 在压降存在于换热器4中的冷却剂不流到冷却剂循环1的较低的区域中。
[0029] 附图标记清单
[0030] 1冷却剂循环
[0031] 2平衡容器
[0032] 3供给管路
[0033] 4换热器
[0034] 5进入孔
[0035] 6排出孔
[0036] 7通风管路
[0037] 8平衡体积
[0038] 9空气体积
[0039] 10管截段
[0040] 11填充液位高度
[0041] 12排出孔
[0042] 13 涡流。
【权利要求】
1. 一种内燃机的冷却剂循环（1)，其带有平衡容器（2)，所述平衡容器（2)借助于供给 管路（3)与所述冷却剂循环（1)的与内燃机或所述内燃机的待冷却的设备相关联的换热器 (4)相连接，其中，所述冷却剂循环（1)此外包括通风管路（7)，通过其所述换热器（4)与所 述平衡容器（2)相连接，并且所述通风管路（7)至少逐段地布置于在运行中在所述平衡容 器⑵中所设置的最小填充液位高度（11)之下，其特征在于，所述换热器⑷至少逐段地 布置于在运行中在所述平衡容器（2)中所设置的最小填充液位高度（11)之上，所述通风管 路（7)的横截面面积被测定成使得在运行中可产生的体积流适合于从所述换热器（4)中抽 吸空气，并且所述通风管路（7)的管路截段的横截面面积被冷却剂封闭。
2. 根据权利要求1所述的冷却剂循环（1)，其特征在于，带有其排出孔（12)的所述通 风管路（7)尤其在所述平衡容器（2)的容器底部的区域中布置在所述填充液位高度（11) 之下。
3. 根据权利要求1或2所述的冷却剂循环（1)，其特征在于，所述通风管路（7)在所述 平衡容器（2)内的区域中具有带有显著增大的横截面面积的管截段（10)。
4. 根据权利要求3所述的冷却剂循环（1)，其特征在于，尤其柱状的所述管截段（10) 具有大致坚直的定向。
5. 根据权利要求3或4所述的冷却剂循环（1)，其特征在于，所述通风管路（7)相切地 通入所述管截段（10)中。
6. 根据前述权利要求中至少一项所述的冷却剂循环（1)，其特征在于，所述通风管路 (7)的排出孔（12)在相对于所述容器底部的上部区域中布置在所述平衡容器（2)中的填充 液位高度（11)之上。
7. 根据前述权利要求中至少一项所述的冷却剂循环（1)，其特征在于，所述通风管路 (7)在布置在所述填充液位高度（11)之上的位置的区域中布置在所述换热器（4)处。
8. 根据前述权利要求中至少一项所述的冷却剂循环（1)，其特征在于，所述平衡容器 (2)布置成使得在所述平衡容器（2)中的填充液位高度（11)在运行中布置在所述供给管 路（3)在所述换热器（4)处的进入孔（5)之下，所述换热器（4)在所述进入孔（5)之上具 有用于主冷却剂流的排出孔（6)。
9. 根据前述权利要求中至少一项所述的冷却剂循环（1)，其特征在于，所述平衡容器 (2)布置在所述换热器（4)之下。
10. 根据前述权利要求中至少一项所述的冷却剂循环（1)，其特征在于，在所述通风管 路（7)内的管路横截面被测定成小于所述供给管路（3)的管路横截面。
11. 一种用于冷却剂循环（1)的平衡容器（2)，其中，所述平衡容器（2)在运行中与换 热器（4)通过用于冷却剂的供给管路（3)以及通过用于将被输送给所述换热器（4)的冷却 剂的部分体积引回的通风管路（7)相连接，其中，所述通风管路（7)至少逐段地在所述平衡 容器（2)中的填充液位高度（11)之下延伸，其特征在于，所述换热器（2)至少逐段地布置 于在运行中在所述平衡容器（2)中所设置的最小填充液位高度（11)之上并且所述通风管 路（7)的横截面面积被测定成使得在运行中能够产生的体积流适合于从所述换热器（4)中 抽吸空气，其中，所述通风管路（7)的管路截段的横截面面积被冷却剂封闭。
【文档编号】F01P11/02GK104066951SQ201280056726
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2012年10月10日 优先权日:2011年11月18日
【发明者】M·托梅基, N·施雷克 申请人:大众汽车有限公司