EP3201445A1 - Kühlsystem und brennkraftmaschine mit einem solchen kühlsystem - Google Patents

Kühlsystem und brennkraftmaschine mit einem solchen kühlsystem

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EP3201445A1
EP3201445A1 EP15771629.1A EP15771629A EP3201445A1 EP 3201445 A1 EP3201445 A1 EP 3201445A1 EP 15771629 A EP15771629 A EP 15771629A EP 3201445 A1 EP3201445 A1 EP 3201445A1
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EP
European Patent Office
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coolant
line
component
cooling system
air
Prior art date
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Application number
EP15771629.1A
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English (en)
French (fr)
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EP3201445B1 (de
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Oliver Markin
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Rolls Royce Solutions GmbH
Original Assignee
MTU Friedrichshafen GmbH
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Publication date
Application filed by MTU Friedrichshafen GmbH filed Critical MTU Friedrichshafen GmbH
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Application granted granted Critical
Publication of EP3201445B1 publication Critical patent/EP3201445B1/de
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    • F01P11/02—Liquid-coolant filling, overflow, venting, or draining devices
    • F01P11/0285—Venting devices
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    • F01P11/02—Liquid-coolant filling, overflow, venting, or draining devices
    • F01P11/029—Expansion reservoirs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/20—Cooling circuits not specific to a single part of engine or machine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
    • F01P2060/12—Turbo charger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/005—Cooling of pump drives

Definitions

  • the invention relates to a cooling system and an internal combustion engine with such a cooling system.
  • a cooling system of the type mentioned here usually has a coolant circuit through which a liquid coolant for absorbing heat from components to be cooled, for example an internal combustion engine, flows through.
  • a liquid coolant for absorbing heat from components to be cooled for example an internal combustion engine
  • Cooling system impact For this purpose, it is provided in known cooling systems that a
  • Vent line with a component to be cooled which is supplied via a coolant line with coolant, for venting the component fluidly connected.
  • the vent line is different from the coolant line and does not serve the supply of coolant, but rather specifically the venting of the component.
  • the vent line is typically routed to a bubble trap of the refrigeration system into which a plurality of different components of upcoming vent lines typically terminate, or the vent line is directed into a coolant circuit surge tank with the air in the bubble trap or header separated from the coolant can be. At any rate, in order to reach the bubble trap or surge tank, components located farther away from them are long
  • Ventilation lines necessary which must be laid in particular on an internal combustion engine in a complex manner. This results in a considerable design, manufacturing, assembly and qualification costs and high development costs. Furthermore, the accessibility of such long lines can not be guaranteed everywhere, which makes the assembly either costly and expensive or a potential reconstruction required.
  • vent lines To make vent lines less susceptible to vibration and any resulting breakage, these must be maintained at regular intervals. This requires in particular that long vent lines are attached to different components, with tolerances must be compensated or not possible Tolerance compensation can lead to disturbances of a series assembly process. If the vent lines are clamped, this can lead to breakage of the lines during operation. Another problem arises that a holder of vent lines at desired locations is often not possible because other components are in the way. It then larger distances must be overcome freely swinging through the vent lines. The susceptibility to vibration of the vent lines increases with their free-swinging length. Another problem is that the different vent lines at central
  • Partial orifices with a flow diameter of 1 mm or less must be used, whereby high flow resistance occurs and a risk of clogging occurs, for example if particles are present in the coolant.
  • the invention has for its object to provide a cooling system and an internal combustion engine with such a cooling system, said disadvantages do not occur.
  • the object is achieved in particular by providing a cooling system which has at least one first component to be cooled, into which a first coolant line opens, wherein a first vent line, different from the first coolant line, is fluid-connected to the first component for venting the first component. It is provided that the first vent line opens into a second coolant line.
  • the outgoing from the first component vent line is thus not led to a central feed point such as a surge tank or a bubble, but rather - in particular decentralized - in a second coolant line, so that the discharged from the first component air through the second coolant line along the
  • Coolant circuit can be further promoted.
  • the venting line can be made shorter, in particular even with the arrangement of the first component to be cooled removed from an expansion tank, than if a central introduction point and a combination of a plurality of venting lines were provided.
  • This can disadvantages associated with long vent lines - in particular constructive type and with regard to a holder and susceptibility to vibration - at least largely - preferably completely - avoided.
  • Vent lines are used identical aperture diameter, so that the same parts can be used. Since it no longer requires a balance of different pressure levels of a plurality of components at a central point of introduction, can also
  • Aperture diameter are chosen to be larger, so that there is a risk of clogging in the
  • the cooling system is preferably configured to use a liquid coolant.
  • liquid here means in particular that the coolant under the prevailing conditions in the cooling system, in particular the prevailing in operation there
  • the coolant is preferably present under normal conditions, ie in particular at 1013 mbar and 25 ° C. in liquid form.
  • Such coolants preferably have a higher heat capacity than, in particular, gaseous coolants. They can therefore transport larger amounts of heat with smaller volume and / or mass flow and thus enable more efficient cooling.
  • the cooling system is adapted to use water, preferably as a mixture with at least one antifreeze - for example glycol -, as a coolant. Water is characterized by a particularly high heat capacity.
  • a component to be cooled is understood in particular to mean a part, in particular a component or functional part, of a device which is to be cooled by means of the cooling system. In particular, this may be a part, component or functional part of a
  • a coolant line is understood in particular to mean a line which is set up to guide coolant, namely to supply, to pass and / or to discharge coolant, through or out of a component to be cooled for the purpose of cooling the component to be cooled.
  • a coolant line is designed, in particular, from its cross-section so that a component to be cooled can be flowed through by coolant sufficient for its cooling mass or volume flow.
  • Such a coolant line can be as separate from the component to be cooled, but with this fluid-connected line, but also as a coolant path within a to be cooled
  • Component for example, be formed by a double-walled housing. Coolant lines are preferably arranged so that an effective and efficient
  • a vent line is in particular a conduit understood, which is provided for venting a component to be cooled and in particular adapted to remove air or a coolant / air mixture from the component to be cooled.
  • a for the purpose of venting via the vent line from the component to be cooled dissipated coolant / air mixture is air-enriched than an optionally by a
  • Coolant line flowing coolant / air mixture For the purpose of an efficient
  • vent line is preferably arranged on the component to be cooled so that it is supplied to substantially air, but it is particularly possible that entrained in the vent line air bubbles coolant is entrained. This accumulates in the vent line in any case compared to the
  • Coolant line to air and the proportion of refrigerant in the guided through the vent line mixture is significantly lower than in the coolant line. Further, as the
  • Vent line does not have to perform sufficient to cool the component to be cooled mass or volume flow of the coolant, it preferably has a smaller cross-section than the coolant line. Vent lines are preferably arranged on a component to be cooled such that suitable pressure levels are achieved or maintained to ensure flow of the coolant. Furthermore, the
  • Vent lines preferably designed as short as possible.
  • venting is understood in particular to mean that air is removed from a coolant line assigned to a component to be cooled or a coolant path thereof in order to improve the efficiency of the cooling and the flow of the coolant through the component to be cooled.
  • Vent lines are preferred, as far as possible, laid rising to ensure effective ventilation.
  • At least two lines are fluidly connected to the first component to be cooled, namely the first coolant line on the one hand, and the first vent line, which is different from and preferably also separate therefrom, in particular so that the coolant line is set up in contrast to the vent line, to supply to the component to be cooled sufficient for the cooling of mass or volume flow of coolant, wherein the vent line is arranged to ensure a venting of the first component.
  • the component to be cooled is preferably additionally fluid-connected with a further coolant line-as the third line-via which coolant is discharged, after it has flowed through the component to be cooled.
  • the vent line thus serves in particular not the discharge of coolant, but the vent, preferably alone the vent.
  • the vent line is preferably fluidly connected to a coolant path within the first component.
  • a coolant path which itself also constitutes a coolant line, is particularly preferably formed by a double-walled or multi-walled housing of the first component.
  • the vent line opens into this coolant path, the first component can be vented very efficiently.
  • the first branches are particularly preferably formed by a double-walled or multi-walled housing of the first component.
  • Vent line from the first component in particular from the coolant path, from, or it starts from the first component to be cooled, preferably from the coolant path.
  • the first vent line opens into the second coolant line, preferably downstream of the first component, the term "downstream” referring in particular to the flow direction of the discharged air from the first component, so the air or the air-rich coolant / air mixture is exhausted the first component discharged along the first vent line and introduced into the second coolant line.
  • the second coolant line is preferably downstream - with respect to a coolant circuit of the cooling system - the first coolant line arranged.
  • the second coolant line - as a third line - to branch off from the first component to be cooled and / or to be directly connected to the fluid in order to remove coolant from the first component to be cooled.
  • the second coolant line is not in fluid communication directly with the first component to be cooled, but fluidly in series downstream of the first component to be cooled
  • Coolant circuit of the cooling system is arranged.
  • the second coolant line is arranged parallel to the first coolant line in the cooling system, for example in a parallel cooling branch of the cooling system.
  • the second coolant line is formed as a coolant path in a second component to be cooled.
  • a second component to be cooled is provided which has an integral coolant path, for example formed by a double-walled housing of the second
  • Component as a second coolant line, wherein the first vent line opens into this coolant path.
  • the discharged from the first component to be cooled air can thus be performed in the second component to be cooled back into the coolant circuit and from there - optionally via further coolant lines - are transported.
  • first component and the second component are arranged adjacent to each other, so very short vent lines.
  • the first vent line opens into the second coolant line outside of a component to be cooled.
  • the vent line opens into a coolant line, which does not penetrate a component to be cooled, but for example leads to a component to be cooled or a component to be cooled off.
  • the second coolant line which does not penetrate a component to be cooled, but for example leads to a component to be cooled or a component to be cooled off.
  • Coolant line leads to a reservoir of the cooling system and in particular directly with this is in Fluidverbmdung. Furthermore, it is possible for the second coolant line to lead to an air separator of the cooling system and in particular to be directly fluid-connected thereto.
  • a first pressure prevails, wherein in the second coolant line a second pressure prevails, the first pressure being greater than the second pressure.
  • the coolant is preferably conveyed by pressure differences along the cooling system and in particular along a coolant circuit of the cooling system. In this case, a flow direction of the coolant is predetermined in particular by different pressure levels within the cooling system. Due to the fact that the pressure in the second coolant line during operation of the
  • Cooling system is lower than the pressure in the first coolant line, it is ensured that the air removed from the first component to be cooled is conveyed away from this and fed into the second coolant line, so that a defined flow direction results in the venting.
  • the venting of the first component to be cooled thus takes place in particular pressure-driven.
  • the first coolant line has a first cross-sectional area, wherein the first vent line a second
  • Coolant line is provided to supply the first component to be cooled sufficient for their cooling mass or volume flow of coolant.
  • the second coolant line has a third cross-sectional area that is greater than the second cross-sectional area of the first vent line.
  • the first and / or the third cross-sectional area is / are preferably by a factor of at least 16, preferably at least 16 to at most 400, preferably at least 25 to highest 225, preferably at least 36 to at most 100, preferably at least 25 to at most 49 , preferably at least 25 to at most 36, larger than the second cross-sectional area. Accordingly, it follows that the first and / or the second coolant line with a circular cross-section a first
  • Vent line - also in circular cross section - a second diameter or Radius, wherein the first and / or the third diameter or radius is greater than the second diameter or radius, namely preferably by a factor of at least 4, preferably up to 20, preferably from at least 5 to at most 15, preferably at least From 6 to at most 10, preferably from at least 5 to at most 7, more preferably from at least 5 to at most 6.
  • first cross-sectional area of the first coolant line and the third cross-sectional area of the second coolant line are equal; but it is also possible that they are different in size. They can also have the same or different shape or geometry.
  • a coolant line preferably has a pipe diameter of 40 mm or more.
  • a vent line preferably has a line diameter of at least 5 mm to at most 10 mm, preferably from at least 6 mm to at most 8 mm, preferably 7 mm.
  • the cross-section of a vent line is usually selected independently of the required coolant volume flow of a component to be cooled.
  • the smallest possible pipe size is preferably used here in order to keep the coolant flow along the vent line low, since this can not be used for cooling.
  • the first vent line is in fluid communication with the first component to be cooled at a junction which is higher than that, that is in particular arranged geodetically above the mouth of the first coolant line in the first component to be cooled.
  • connection point for the first vent line is arranged geodetically above the mouth of the first coolant line, means in particular that this - seen in the vertical direction - is arranged above the mouth of the first coolant line through the first coolant line into the first component incoming air can rise upwards, where they can escape above the mouth of the first coolant line in the vent line.
  • the connection point for the vent line is arranged at a geodetically highest point of the first component. This has the particular advantage that air in the first component collect at the geodetically highest point and from there through the
  • Vent line can be removed.
  • Air cushion are avoided at the geodetically highest point of the first component.
  • the first coolant line opens geodetically at an underside of the first component in this.
  • the coolant then flows within the first component to be cooled from bottom to top and - depending on the discharge point of the refrigerant from the first component dissipating coolant line - back down again, or it is located at a location geodetically above the mouth of the first coolant line point the first component dissipated.
  • the mouth of the first vent line into the second coolant line can take place at a geodetically lower or at a geodetically elevated location, in particular in a second component to be cooled.
  • a junction geodätisch above in a coolant path of a second component to be cooled that in the
  • Coolant path opening air then does not have to rise in the second component, but geodetically stay up and preferably here again can be removed from the second component by means of another vent line.
  • the cooling system a
  • An air separator which - is arranged downstream of the mouth of the first vent line in the second coolant line - with respect to the flow direction of the coolant.
  • the air separator is preferably in particular with the second
  • Coolant line fluidly arranged in series, wherein the second coolant line either opens directly into the air separator, or wherein the air separator downstream of the second coolant line - seen in the flow direction of the coolant - is arranged.
  • a second vent line is fluidly connected.
  • An air separator is understood to mean, in particular, a device which is set up to separate air, which is comprised by a fluid flow, from liquid portions of the fluid flow.
  • the air separator is particularly adapted to the separated air of the second
  • Coolant can get into the second vent line with the separated air.
  • the guided in the second vent line air / coolant mixture is in any case air-enriched and coolant poorer than the flowing into the air separator coolant / air mixture.
  • the air separator has a separating means, which is adapted to separate air from a coolant flow passing through the air separator and to supply the second vent line.
  • the separating agent is preferably as in the
  • Air separator arranged by passing coolant flow arranged lip or lamella.
  • the lip or lamella is preferably arranged such that it is flowed through by the air portion and the liquid coolant portion of the coolant flow such that it is passed on a first side of the air portion and on a second side of the liquid coolant, so that at the first Side of the lip or lamina separated air from the
  • Coolant circuit can be removed.
  • the lip or lamella is arranged, in particular, on a geodetically upper side of the air separator and, starting from there, protrudes obliquely towards and against the flow direction of the coolant into the coolant flow.
  • an opening is preferably provided in the air separator into which the second vent line opens. In this way, can be skimmed off from the coolant flow and the second vent line through the lip or lamella.
  • the lip or lamella is preferably spoon-shaped, resulting in a particularly good skimming effect for air.
  • air fractions which usually flow geodetically above, skimmed off, so that these upward flowing air portions are derived from the löffelformigen lamella or lip on the first side, wherein the lip or louver inflowing coolant - if it collides with the lip or louver - thrown back by the spoon shape in a turbulent motion and rinsed past the second side of the lip or lamella.
  • the air separator is integrated in a coolant line of the cooling system or directly with a coolant line, for example, with the second coolant line, in
  • the separating means of the air separator preferably comprises a material or consists of a material selected from a group consisting of aluminum, copper, steel,
  • Plastic, rubber, carbon, a metal alloy, and a composite material are examples of plastic, rubber, carbon, a metal alloy, and a composite material.
  • the cooling system preferably comprises a coolant circuit with coolant lines for conveying the coolant along the coolant circuit, at least one component to be cooled, a heat exchanger for cooling the coolant, the coolant flowing along the coolant circuit both through the at least one component to be cooled and through the heat exchanger, and at least one conveying device for conveying the coolant along the coolant circuit.
  • the conveyor is preferably designed as a pump.
  • the delivery of the coolant along the coolant circuit preferably takes place by generating different pressure levels in the coolant circuit and by conveying the coolant along pressure gradients.
  • the air separator is preferably arranged in a region of the coolant circuit which has a lower pressure level than corresponds to the highest pressure level of the coolant circuit, in particular immediately downstream of the conveyor, particularly preferably in a region of the coolant circuit which has a lowest pressure level. It is then particularly efficient possible to remove air through an ascending, second vent line, which opens into the air separator.
  • Air separator is arranged that in the second coolant line through the first
  • Vent line introduced air in the flow path to the air separator in the ascend the second coolant line and collect in a geodetically upper region thereof.
  • the mouth of the first vent line is in the second
  • Coolant line preferably provided as close to the air separator, so that the introduced into the second coolant line air over a shortest possible distance along the coolant circuit is performed.
  • the spacing of the mouth from the air separator also ensures that air already in the second coolant line is not swirled. At the same time, it is preferably ensured that the air is not introduced via the mouth of the first vent line into the second coolant line in a Strömungsstota, otherwise an air cushion could form at the location of the mouth.
  • the second coolant line and / or the second vent line open into an expansion tank of the cooling system for coolant. This has the advantage that in the expansion tank via the second coolant line and / or the second vent line introduced air in the
  • Rising reservoir and can be separated from the coolant.
  • a surge tank Under a surge tank is understood in particular a reservoir for the coolant, which serves to compensate for pressure and / or temperature fluctuations in the cooling system by coolant from the surge tank can be fed into the coolant circuit or recycled from the coolant circuit in the expansion tank.
  • the expansion tank is preferably part of the coolant circuit.
  • the expansion tank is not itself a coolant line or
  • Vent line is in fluid communication with at least one coolant line and / or at least one vent line.
  • the cooling system has more than one first component to be cooled. Additionally or alternatively, it is possible that the cooling system has more than one second component to be cooled.
  • the cooling system has a plurality of coolant lines and / or vent lines. It is possible that in addition to at least one vent line, which opens into a further coolant line and / or a further component to be cooled, at least one vent line is provided which directly in the expansion tank opens. It is particularly possible that such a vent line has no direct fluid connection to the air separator. Furthermore, it is possible that a coolant line, in which a vent line opens, is connected to the air separator, wherein another coolant line into which a
  • Vent line opens, is bypassing the air separator connected to the surge tank.
  • a direct vent to the surge tank can be made in particular of components to be cooled, which in greater proximity to the
  • Expansion tanks are arranged while venting components to
  • Coolant lines or other components to be cooled in particular can be applied to components that are located further away from the expansion tank spatially. In this way, in particular short and also for all components similarly long vent lines can be used.
  • the cooling system proposed here is particularly suitable for use on various internal combustion engines and / or vehicles, since coordination work for a concrete
  • coolant freed from air fractions by the air separator is fed directly into the expansion tank. Alternatively or additionally, it is possible that such
  • Coolant is supplied by the air separator directly to a component to be cooled, without first pass through the expansion tank.
  • the second coolant line is arranged spatially closer to the surge tank, as the first to be cooled
  • the discharged from the first component air is so when fed into the second coolant line closer to the surge tank, so at the same time along the
  • Component is arranged spatially closer to the surge tank, as the first component to be cooled.
  • the discharged from the first component air is so when fed into the second component closer to the surge tank, thus at the same time promoted along the pressure gradient to a lower pressure level.
  • air discharged from the first component it is possible for air discharged from the first component to be fed to a second component, to be removed therefrom and then to be supplied to a third component, wherein this can be continued until the air is finally fed to the air separator and / or the expansion tank.
  • a third component it is also possible that only one intermediate station in the form of the second component is provided for the air discharged from the first component, so that it is fed directly to the air separator and / or the expansion tank after passing through the second component.
  • Component is designed as a turbine housing of an exhaust gas turbocharger.
  • the second component to be cooled is designed as a compressor housing of the exhaust gas turbocharger. It can be provided as a particularly short vent line, which from the first
  • Component namely the turbine housing, branches off and in the second component, namely preferably the turbine housing directly adjacent compressor housing, opens.
  • the first component is designed as a crankcase of an internal combustion engine.
  • Vent lines are less prone to vibration than longer vent lines, they can be made of solid materials, in particular metal or a plastic. As a material, steel may be used preferably.
  • the cooling system is preferably compact and in particular designed with the smallest possible number of preferably short vent lines.
  • the cooling system is designed as a closed continuous ventilation system.
  • the air separator By arranging the air separator in or on a coolant line of the cooling system, these and also the cooling system as a whole are vented continuously and continuously during operation. This means in particular that at any time during operation of the cooling system the Coolant flows to or through the at least one air separator and preferably in the coolant flow existing air fractions are deposited.
  • the cooling system can work closed, especially as a closed one
  • Continuous venting system be designed so that preferably the separated air is not released directly to an atmosphere, but is stored in particular in a collecting container.
  • a closed cooling system allows a higher pressure than an open system, so that a corresponding coolant has a higher boiling point, which in turn allows an allowable coolant temperature to be increased.
  • the internal combustion engine is preferably designed as a reciprocating engine. It is possible that the internal combustion engine is arranged to drive a passenger car, a truck or a commercial vehicle. In a preferred embodiment, the internal combustion engine is the drive in particular heavy land or water vehicles, such as mine vehicles, trains, the internal combustion engine in a
  • Locomotive or a railcar is used, or by ships. It is also possible to use the internal combustion engine to drive a defense vehicle, for example a tank.
  • An exemplary embodiment of the internal combustion engine is preferably also stationary, for example, for stationary power supply in emergency operation,
  • the internal combustion engine in this case preferably drives a generator. Also a stationary application of
  • Internal combustion engine for driving auxiliary equipment such as fire pumps on oil rigs
  • auxiliary equipment such as fire pumps on oil rigs
  • an application of the internal combustion engine in the field of promoting fossil raw materials and in particular fuels, for example oil and / or gas possible.
  • the internal combustion engine is preferably designed as a diesel engine, as a gasoline engine, as a gas engine for operation with natural gas, biogas, special gas or another suitable gas.
  • the internal combustion engine as Gas engine is designed, it is suitable for use in a cogeneration plant for stationary power generation.
  • Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of a
  • Figure 2 is an illustration of a second embodiment of an internal combustion engine with a cooling system
  • Figure 3 is a representation of another view of the internal combustion engine according to Figure 2.
  • Figure 4 is a sectional view through an embodiment of an air separator of a
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a
  • the cooling system 3 has a first component to be cooled 5, in which a first coolant line 7 opens.
  • a first coolant line 7 opens.
  • Coolant line 7 different, first vent line 9 is fluidly connected to the first component 5 to the vent.
  • the first vent line 9 opens into a second
  • the second coolant line 11 is formed here as a coolant path 13, which is formed in a second component 15 to be cooled, for example in the form of a
  • the first vent line 9 outside a component to be cooled opens into a coolant line of a coolant circuit 17 of the cooling system 3. This is even a preferred embodiment, since then no further component is acted upon by the vented from another component air. Is one, though
  • the component to be vented from a skimmer and / or a surge tank of the cooling system 3 too large it is advantageous in terms of the shortest and less susceptible to vibration vent lines to vent to a closer, further component to be cooled. If, however, the component to be vented in spatial Located close to a surge tank, is preferably vented directly into the expansion tank.
  • first pressure which is greater than a second pressure, which prevails in the second coolant line 11.
  • second pressure which prevails in the second coolant line 11.
  • the first and / or the second coolant line 7, 11 preferably has a first one
  • first vent line 9 has a second cross-sectional area, wherein the first cross-sectional area is greater than the second cross-sectional area, preferably by a factor of at least 16, preferably at most 400,
  • the cooling system 3 here has an air separator 19, which is arranged downstream of the mouth of the first vent line 9 into the second coolant line 11.
  • Air separator 19 is a second vent line 21 fluidly connected.
  • the air separator 19 preferably has a separating means, which is adapted to air from a
  • the second vent line 21 opens here into a surge tank 23 of the cooling system 3 for coolant.
  • the expansion tank 23 is used in particular to compensate for thermally induced volume fluctuations of the coolant in the coolant circuit 17, and as
  • the cooling system 3 may be formed as an open system or as a closed system, wherein the air is not discharged in the latter case to the atmosphere, but rather is collected in the surge tank 23.
  • the arrangement of the various components 5, 15 shown in Figure 1 does not reflect their actual spatial arrangement on the internal combustion engine 1, but serves the structural explanation of the cooling system 3 and the coolant circuit 17. It is preferred in particular, the second component 15 is arranged in spatial proximity to the first component 5. Furthermore, the second component 15 is preferably spatially closer to the
  • the coolant circuit 17 of the cooling system 3 comprises in the embodiment according to Figure 1 concretely the following elements: A plurality of further coolant lines are all here designated by the reference numeral 25 in order to simplify the illustration.
  • vent lines are provided, which are all designated here by the reference numeral 27 for simplicity.
  • the coolant is conveyed along the coolant circuit 17 by means of a delivery device 29, which is designed as a pump.
  • the coolant circuit 17 comprises as components to be cooled in particular a crankcase 31 of the internal combustion engine 1, a cylinder head 33 of the internal combustion engine 1, an exhaust pipe 35, a charge air cooler 37, an oil heat exchanger 39, and the already mentioned, first to be cooled component 5, the is designed here as a turbine housing 41 of an exhaust gas turbocharger 42, and the second component 15 to be cooled, which is designed here as a compressor housing 43 of the exhaust gas turbocharger 42.
  • the turbine housing 41 is vented via the first vent line 9 into the compressor housing 43.
  • the coolant circuit 17 also has a coolant heat exchanger 45 for cooling the coolant. It now appears that certain components can be vented into other components, in particular the turbine housing 41 into the compressor housing 43, wherein the then vented into the second coolant line 11 air is transported on this and finally between the intercooler 37 and the air separator 19 again in a further, leading to the air separator 19 refrigerant line 25 is fed, wherein the air is then deposited in the air separator 19 from the coolant flow and the second
  • Vent line 21 is supplied to the surge tank 23.
  • Coolant line 25 between the charge air cooler 37 and the air separator 19 vented into it, without the deaerated air is previously passed through another component to be cooled. This is for example in the intercooler 37 itself and in the
  • Vent line 27 flowing air / coolant mixture is upstream of the
  • Further components to be cooled in particular those which are arranged in greater spatial proximity to the expansion tank 23, are vented directly via vent lines 27 into the expansion tank 23. This is especially the case for the crankcase 31, for the exhaust pipe 35 and for the oil heat exchanger 39 in this case.
  • the vent lines 9, 21, 27 are preferably guided so that they are as short as possible, so they do not tend to swing. Furthermore, the number of vent lines 9, 21, 27 compared to known designs of a cooling system can be significantly reduced.
  • the expansion tank 23 is preferably arranged at a geodetically highest point of the cooling system 3, so that the air can rise to the surge tank 23 through the vent lines 21, 27, wherein a backflow of air into the vent lines 21, 27 is avoided. It also turns out that from the first component to be cooled 5 another
  • Coolant line 25 branches off as a third line to remove the coolant supplied through the first coolant line 7 for cooling again from the component to be cooled 5. It is clear that the first vent line 9 serves neither for supply, nor for the discharge of coolant, but actually specific to vent the first component 5. It is not inconsistent that entrained by the vented air coolant
  • the air / coolant mixture guided along the first vent line 9 is much more air-rich and at the same time coolant-poorer than an optionally along the coolant line 25 from the first Component 5 discharged coolant / air mixture, if the guided along this coolant line 25 coolant still contains air.
  • FIG. 2 shows an illustration of a second exemplary embodiment of an internal combustion engine 1 with a cooling system 3.
  • Identical and functionally identical elements are provided with the same reference symbols, so that reference is made to the preceding description.
  • two exhaust gas turbocharger 42.1, 42.2 each with a turbine housing 41.1, 41.2 as each first to be cooled component 5.1, 5.2 provided, said first components 5.1, 5.2 each by a very short first vent line 9.1, 9.2 in a respective compressor housing 43.1, 43.2 be vented.
  • the surge tank 23 is shown.
  • first vent lines 9.1, 9.2 are in fluid communication with the first components 5.1, 5.2 at connection points 47.1, 47.2, which are geodetically above openings, not shown here, of the first not shown here
  • Coolant lines are arranged, in particular at a geodetically highest point of the first components 5.1, 5.2. This allows a particularly efficient venting of the first
  • vent lines are preferably arranged at geodetically upper, in particular geodetically highest points of components to be vented.
  • FIG. 3 shows a representation of the exemplary embodiment of the internal combustion engine 1 with the cooling system 3 according to FIG. 2 from a different perspective and with an enlarged detail D. Identical and functionally identical elements are provided with the same reference symbols, so that reference is made to the preceding description.
  • a crankcase 31 branching vent lines 27 are shown, the
  • crankcase 31 is disposed closer to the air separator 19 than the turbine housing 41.1, 41.2 as the first to be vented components 5.1, 5.2. Therefore, it is convenient, the crankcase 31 directly into one in the
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of the air separator 19.
  • This has a separating means 49, which is designed here as a lamella.
  • the same and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the preceding description.
  • the separating means 49 is designed to branch off air from a coolant flow passing through the air separator 19 along an arrow P and to supply it to the second venting line 21, which is shown here in the form of an orifice bore in the air separator 19. Accordingly, a part 51 of the air separator 19 arranged downstream of the separating means 49 leads little or even no air, so that downstream of the air separator 19 an efficient cooling of a component to be cooled is achieved.
  • Air encompassed by the coolant accumulates on its way through the air separator 19 and also previously geodetically above by means of a coolant line 25 connected thereto, in particular on a geodetically upper, first side 53 of the separating means 49.
  • the air thus always flows to the separating means 49 so that it is guided along the first side 53 into the second venting line 21 and discharged therefrom.
  • the coolant flows along a geodetic bottom, second side 55 of the separating means 49 through the
  • the air separator 19 is preferably immediately upstream of the
  • Coolant heat exchanger 45 is arranged. Overall, it is shown that by means of the cooling system 3 and the internal combustion engine 1 proposed here a very efficient cooling while avoiding long and vibration-prone vent lines with optimized venting is possible.

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Abstract

Es wird ein Kühlsystem (3), mit wenigstens einer ersten zu kühlenden Komponente (5), in die eine erste Kühlmittelleitung (7) mündet, wobei eine erste Entlüftungsleitung (9) mit der ersten Komponente (5) zur Entlüftung der ersten Komponente (5) fluidverbunden ist, vorgeschlagen. Das Kühlsystem (3) zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Entlüftungsleitung (9) in eine zweite Kühlmittelleitung (11) mündet.

Description

BESCHREIBUNG Kühlsystem und Brennkraftmaschine mit einem solchen Kühlsystem
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem sowie eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Kühlsystem. Ein Kühlsystem der hier angesprochenen Art weist üblicherweise einen Kühlmittelkreislauf auf, der von einem flüssigen Kühlmittel zur Aufnahme von Wärme aus zu kühlenden Komponenten, beispielsweise einer Brennkraftmaschine, durchströmt wird. Beim Befüllen oder Nachfüllen von Kühlmittel oder durch gegebenenfalls bestehende Undichtigkeiten eines solchen Kühlsystems kann es zu Lufteinschlüssen kommen, welche sich nachteilig auf eine Kühlleistung des
Kühlsystems auswirken. Hierzu ist bei bekannten Kühlsystemen vorgesehen, dass eine
Entlüftungsleitung mit einer zu kühlenden Komponente, die über eine Kühlmittelleitung mit Kühlmittel versorgt wird, zur Entlüftung der Komponente fluidverbunden ist. Dabei ist die Entlüftungsleitung von der Kühlmittelleitung verschieden und dient nicht der Zuführung von Kühlmittel, sondern vielmehr spezifisch der Entlüftung der Komponente. Die Entlüftungsleitung wird typischerweise zu einem Blasenabscheider des Kühlsystems geführt, in den in der Regel eine Vielzahl von verschiedenen Komponenten kommender Entlüftungsleitungen mündet, oder die Entlüftungsleitung wird in einen Ausgleichsbehälter für den Kühlmittelkreislauf geführt, wobei die Luft in dem Blasenabscheider oder dem Sammelbehälter von dem Kühlmittel getrennt werden kann. Um den Blasenabscheider oder den Ausgleichsbehälter zu erreichen, sind jedenfalls von Komponenten, die weiter entfernt von diesen angeordnet sind, lange
Entlüftungsleitungen nötig, die insbesondere an einer Brennkraftmaschine in komplexer Weise verlegt werden müssen. Hieraus ergeben sich ein erheblicher Konstruktions-, Fertigungs-, Montage- und Qualifizierungsaufwand sowie hohe Entwicklungskosten. Des Weiteren kann die Zugänglichkeit solcher langen Leitungen nicht überall gewährleistet werden, was die Montage entweder aufwendig und teuer oder eine potenzielle Nachkonstruktion nötig macht. Um die
Entlüftungsleitungen weniger anfällig gegenüber Vibrationen und einem gegebenenfalls daraus resultierenden Bruch zu machen, müssen diese in regelmäßigen Abständen gehaltert werden. Dies bedingt insbesondere, dass lange Entlüftungsleitungen an verschiedenen Bauteilen befestigt werden, wobei Toleranzen ausgeglichen werden müssen beziehungsweise ein nicht möglicher Toleranzausgleich zu Störungen eines Serienmontageprozesses fuhren kann. Werden die Entlüftungsleitungen verspannt montiert, kann dies zum Bruch der Leitungen im Betrieb führen. Als weiteres Problem ergibt sich, dass eine Halterung von Entlüftungsleitungen an gewünschten Stellen häufig nicht möglich ist, weil andere Bauteile im Weg sind. Es müssen dann größere Abstände durch die Entlüftungsleitungen frei schwingend überwunden werden. Dabei steigt die Schwingungsanfälligkeit der Entlüftungsleitungen mit ihrer frei schwingenden Länge. Als weiteres Problem tritt hinzu, dass den verschiedenen Entlüftungsleitungen bei zentraler
Einspeisung in einen Blasenabscheider oder einen Ausgleichsbehälter Blenden zugeordnet werden müssen, die durch verschiedene Durchmesser gewährleisten, dass verschiedene
Druckniveaus der zu entlüftenden Komponenten ausgeglichen werden. Dabei müssen teilweise Blenden mit einem Strömungsdurchmesser von 1 mm oder weniger verwendet werden, wobei hohe Strömungswiderstände entstehen und eine Verstopfungsgefahr auftritt, beispielsweise wenn Partikel im Kühlmittel vorhanden sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlsystem und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Kühlsystem zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Kühlsystem geschaffen wird, welches wenigstens eine erste zu kühlende Komponente aufweist, in welche eine erste Kühlmittelleitung mündet, wobei eine von der ersten Kühlmittelleitung verschiedene, erste Entlüftungsleitung mit der ersten Komponente zur Entlüftung der ersten Komponente fluidverbunden ist. Dabei ist vorgesehen, dass die erste Entlüftungsleitung in eine zweite Kühlmittelleitung mündet. Die von der ersten Komponente ausgehende Entlüftungsleitung wird also nicht zu einer zentralen Einspeisestelle wie einem Ausgleichsbehälter oder einem Blasenabscheider geführt, sondern vielmehr - insbesondere dezentral - in eine zweite Kühlmittelleitung, sodass die aus der ersten Komponente abgeführte Luft durch die zweite Kühlmittelleitung entlang des
Kühlmittelkreislaufs weiter gefördert werden kann. Durch diese dezentrale Ausgestaltung kann die Entlüftungsleitung insbesondere auch bei entfernter Anordnung der ersten zu kühlenden Komponente von einem Ausgleichsbehälter kürzer ausgebildet werden, als wenn eine zentrale Einleitungsstelle und eine Zusammenführung mehrerer Entlüftungsleitungen vorgesehen wäre. Dadurch können mit langen Entlüftungsleitungen verbundene Nachteile - insbesondere konstruktiver Art und in Hinblick auf eine Halterung und Schwingungsanfälligkeit - zumindest weitgehend - vorzugsweise vollständig - vermieden werden. Ferner besteht keine
Verwechslungsgefahr von Blenden mehr. Vielmehr können für verschiedene
Entlüftungsleitungen identische Blendendurchmesser eingesetzt werden, sodass Gleichteile verwendet werden können. Da es nicht mehr eines Ausgleichs verschiedener Druckniveaus einer Vielzahl von Komponenten an einer zentralen Einleitungsstelle bedarf, können auch
Blendendurchmesser größer gewählt werden, sodass eine Verstopfungsgefahr durch im
Kühlmittel vorhandene Partikel vermieden wird. Das Kühlsystem ist vorzugsweise eingerichtet zur Verwendung eines flüssigen Kühlmittels. Dabei bedeutet der Begriff„flüssig" hier insbesondere, dass das Kühlmittel unter den in dem Kühlsystem herrschenden Bedingungen, insbesondere den dort im Betrieb herrschenden
Drücken und Temperaturen, in flüssigem Aggregatzustand vorliegt. Insbesondere liegt das Kühlmittel bevorzugt bei Normalbedingungen, also insbesondere bei 1013 mbar und 25° C in flüssiger Form vor. Solche Kühlmittel weisen vorzugsweise eine höhere Wärmekapazität auf als insbesondere gasförmige Kühlmittel. Sie können daher bei kleinerem Volumen- und/oder Massenstrom größere Wärmemengen transportieren und ermöglichen damit eine effizientere Kühlung. Besonders bevorzugt ist das Kühlsystem eingerichtet zur Verwendung von Wasser, vorzugsweise als Gemisch mit wenigstens einem Frostschutzmittel - beispielsweise Glykol -, als Kühlmittel. Dabei zeichnet sich Wasser durch eine besonders hohe Wärmekapazität aus. Es besteht allerdings das Problem, dass die Wärmekapazität eines in einem betrachteten
Leitungsabschnitt vorhandenen Gemischs aus Kühlmittel und Luft im Vergleich zu reinem Kühlmittel herabgesetzt und so die Effizienz der Kühlung vermindert ist. Ferner können sich an geodätisch hoch gelegenen Stellen zu kühlender Komponenten Luftpolster bilden, die gegebenenfalls einen Kühlmitteldurchfiuss deutlich reduzieren oder sogar vollständig zum
Erliegen bringen können. Daher bedarf es für eine Verbesserung der Kühlleistung eines solchen Kühlsystems einer Entlüftung zu kühlender Komponenten.
Unter einer zu kühlenden Komponente wird insbesondere ein Teil, insbesondere ein Bauteil oder Funktionsteil, einer Einrichtung verstanden, die mittels des Kühlsystems gekühlt werden soll. Insbesondere kann es sich hierbei um ein Teil, Bauteil oder Funktionsteil einer
Brennkraftmaschine handeln, beispielsweise ein Turbinengehäuse oder ein Verdichtergehäuse eines Abgasturboladers oder ein Kurbelgehäuse. Unter einer Kühlmittelleitung wird insbesondere eine Leitung verstanden, die eingerichtet ist zur Führung von Kühlmittel, nämlich zur Zuführung, zur Durchleitung und/oder zur Abführung von Kühlmittel zu, durch oder aus einer zu kühlenden Komponente zum Zwecke der Kühlung der zu kühlenden Komponente. Dabei ist eine Kühlmittelleitung insbesondere von ihrem Querschnitt her so ausgelegt, dass eine zu kühlende Komponente mit von einem zu deren Kühlung ausreichenden Massen- oder Volumenstrom an Kühlmittel durchströmt werden kann. Eine solche Kühlmittelleitung kann als von der zu kühlenden Komponente separate, jedoch mit dieser fluidverbundene Leitung, aber auch als Kühlmittelpfad innerhalb einer zu kühlenden
Komponente, beispielsweise durch ein doppelwandig ausgebildetes Gehäuse, gebildet sein. Kühlmittelleitungen werden bevorzugt so angeordnet, dass eine effektive und effiziente
Kühlmittelführung - insbesondere in Hinblick auf einen Druckverlust, eine
Strömungsgeschwindigkeit, Kavitationen, und andere relevante Bedingungen - zu allen zu kühlenden Komponenten gewährleistet ist. Unter einer Entlüftungsleitung wird insbesondere eine Leitung verstanden, die zur Entlüftung einer zu kühlenden Komponente vorgesehen und insbesondere eingerichtet ist, um Luft oder ein Kühlmittel/Luft-Gemisch aus der zu kühlenden Komponente abzuführen. Dabei ist ein zum Zwecke der Entlüftung über die Entlüftungsleitung aus der zu kühlenden Komponente abgeführtes Kühlmittel/Luft-Gemisch luftreicher als ein gegebenenfalls durch eine
Kühlmittelleitung strömendes Kühlmittel/Luft-Gemisch. Zum Zwecke einer effizienten
Entlüftung ist die Entlüftungsleitung vorzugsweise so an der zu kühlenden Komponente angeordnet, dass ihr im Wesentlichen Luft zugeführt wird, wobei es jedoch insbesondere möglich ist, dass durch in die Entlüftungsleitung gelangende Luftblasen Kühlmittel mitgerissen wird. Dadurch reichert sich in der Entlüftungsleitung jedenfalls im Vergleich zu der
Kühlmittelleitung Luft an, und der Kühlmittelanteil an dem durch die Entlüftungsleitung geführten Gemisch ist deutlich geringer als in der Kühlmittelleitung. Da ferner die
Entlüftungsleitung keinen zur Kühlung der zu kühlenden Komponente ausreichenden Massenoder Volumenstrom des Kühlmittels führen muss, weist sie vorzugsweise einen kleineren Querschnitt auf als die Kühlmittelleitung. Entlüftungsleitungen werden bevorzugt so an einer zu kühlenden Komponente angeordnet, dass geeignete Druckniveaus erreicht werden oder erhalten bleiben, um eine Strömung des Kühlmittels zu gewährleisten. Ferner werden die
Entlüftungsleitungen bevorzugt möglichst kurz ausgestaltet. Unter Entlüftung wird hier insbesondere verstanden, dass Luft aus einer einer zu kühlenden Komponente zugeordneten Kühlmittelleitung oder einem Kühlmittelpfad derselben abgeführt wird, um die Effizienz der Kühlung und den Durchfluss des Kühlmittels durch die zu kühlende Komponente zu verbessern.
Entlüftungsleitungen werden bevorzugt, soweit dies möglich ist, steigend verlegt, um eine effektive Entlüftung zu gewährleisten.
Mit der ersten zu kühlenden Komponente sind insbesondere mindestens zwei Leitungen fluidverbunden, nämlich die erste Kühlmittelleitung einerseits, und die von dieser verschiedene und vorzugsweise auch von dieser separate, insbesondere also getrennt angeordnete, erste Entlüftungsleitung, wobei die Kühlmittelleitung im Unterschied zu der Entlüftungsleitung eingerichtet ist, um der zu kühlenden Komponente einen zu deren Kühlung ausreichenden Massen- oder Volumenstrom an Kühlmittel zuzuführen, wobei die Entlüftungsleitung eingerichtet ist, um eine Entlüftung der ersten Komponente sicherzustellen. Die zu kühlende Komponente ist vorzugsweise zusätzlich mit einer weiteren Kühlmittelleitung - als dritter Leitung - fluidverbunden, über welche Kühlmittel abgeführt wird, nachdem es die zu kühlende Komponente durchströmt hat. Die Entlüftungsleitung dient also insbesondere nicht der Abfuhr von Kühlmittel, sondern der Entlüftung, vorzugsweise allein der Entlüftung.
Die Entlüftungsleitung ist bevorzugt mit einem Kühlmittelpfad innerhalb der ersten Komponente fluidverbunden. Ein solcher Kühlmittelpfad, der selbst auch eine Kühlmittelleitung darstellt, wird besonders bevorzugt durch ein doppelwandig oder mehrwandig ausgestaltetes Gehäuse der ersten Komponente ausgebildet. Indem die Entlüftungsleitung in diesen Kühlmittelpfad mündet, kann die erste Komponente sehr effizient entlüftet werden. Vorzugsweise zweigt die erste
Entlüftungsleitung aus der ersten Komponente, insbesondere aus dem Kühlmittelpfad, ab, oder sie geht von der ersten zu kühlenden Komponente, vorzugsweise von dem Kühlmittelpfad, aus.
Die erste Entlüftungsleitung mündet - vorzugsweise stromabwärts der ersten Komponente - in die zweite Kühlmittelleitung, wobei sich der Begriff„stromabwärts" hier insbesondere auf die Strömungsrichtung der abgeführten Luft aus der ersten Komponente bezieht. Die Luft oder das luftreiche Kühlmittel/Luft-Gemisch wird also aus der ersten Komponente entlang der ersten Entlüftungsleitung abgeführt und in die zweite Kühlmittelleitung eingeleitet. Die zweite Kühlmittelleitung ist vorzugsweise stromabwärts - bezogen auf einen Kühlmittelkreislauf des Kühlsystems - der ersten Kühlmittelleitung angeordnet. Es ist insbesondere möglich, dass die zweite Kühlmittelleitung - als dritte Leitung - aus der ersten zu kühlenden Komponente abzweigt und/oder direkt mit dieser fluidverbunden ist, um Kühlmittel aus der ersten zu kühlenden Komponente abzuführen. Weiterhin ist es möglich, dass die zweite Kühlmittelleitung nicht unmittelbar mit der ersten zu kühlenden Komponente in Fluidverbmdung ist, jedoch fluidisch in Reihe stromabwärts der ersten zu kühlenden Komponente im
Kühlmittelkreislauf des Kühlsystems angeordnet ist. Es ist aber auch möglich, dass die zweite Kühlmittelleitung parallel zu der ersten Kühlmittelleitung in dem Kühlsystem angeordnet ist, beispielsweise in einem parallelen Kühlzweig des Kühlsystems.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Kühlmittelleitung als Kühlmittelpfad in einer zweiten zu kühlenden Komponente ausgebildet ist. Dies bedeutet insbesondere, dass eine zweite zu kühlende Komponente vorgesehen ist, welche einen integralen Kühlmittelpfad, beispielsweise ausgebildet durch ein doppelwandiges Gehäuse der zweiten
Komponente, als zweite Kühlmittelleitung aufweist, wobei die erste Entlüftungsleitung in diesen Kühlmittelpfad mündet. Die aus der ersten zu kühlenden Komponente abgeführte Luft kann also in der zweiten zu kühlenden Komponente wieder in den Kühlmittelkreislauf geführt und von dort - gegebenenfalls über weitere Kühlmittelleitungen - weitertransportiert werden. Insbesondere dann, wenn die erste Komponente und die zweite Komponente zueinander benachbart angeordnet sind, ergeben sich so sehr kurze Entlüftungsleitungen.
Alternativ ist es möglich, dass die erste Entlüftungsleitung in die zweite Kühlmittelleitung außerhalb einer zu kühlenden Komponente mündet. Es ist also auch eine Ausgestaltung möglich, bei der die Entlüftungsleitung in eine Kühlmittelleitung mündet, die nicht eine zu kühlende Komponente durchsetzt, sondern beispielsweise zu einer zu kühlenden Komponente oder von einer zu kühlenden Komponente weg führt. Ebenso ist es möglich, dass die zweite
Kühlmittelleitung zu einem Ausgleichsbehälter des Kühlsystems führt und insbesondere direkt mit diesem in Fluidverbmdung ist. Weiterhin ist es möglich, dass die zweite Kühlmittelleitung zu einem Luftabscheider des Kühlsystems führt und insbesondere mit diesem direkt fluidverbunden ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Betrieb des Kühlsystems in der ersten Kühlmittelleitung ein erster Druck herrscht, wobei in der zweiten Kühlmittelleitung ein zweiter Druck herrscht, wobei der erste Druck größer ist als der zweite Druck. Vorzugsweise wird das Kühlmittel durch Druckunterschiede entlang des Kühlsystems und insbesondere entlang eines Kühlmittelkreislaufs des Kühlsystems gefördert. Dabei ist eine Strömungsrichtung des Kühlmittels insbesondere durch verschiedene Druckniveaus innerhalb des Kühlsystems vorgegeben. Dadurch, dass der Druck in der zweiten Kühlmittelleitung im Betrieb des
Kühlsystems niedriger ist als der Druck in der ersten Kühlmittelleitung, wird sichergestellt, dass die der ersten zu kühlenden Komponente entnommene Luft von dieser weg gefördert und in die zweite Kühlmittelleitung eingespeist wird, sodass sich eine definierte Strömungsrichtung bei der Entlüftung ergibt. Die Entlüftung der ersten zu kühlenden Komponente erfolgt also insbesondere druckgetrieben.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Kühlmittelleitung eine erste Querschnittsfläche aufweist, wobei die erste Entlüftungsleitung eine zweite
Querschnittsfläche aufweist, wobei die erste Querschnittsfläche größer ist als die zweite
Querschnittsfläche. Dies ist vorteilhaft, weil bestimmungsgemäß die Entlüftungsleitung lediglich der Entlüftung der ersten zu kühlenden Komponente dienen soll, während die erste
Kühlmittelleitung vorgesehen ist, um der ersten zu kühlenden Komponente einen zu deren Kühlung ausreichenden Massen- oder Volumenstrom an Kühlmittel zuzuführen. Durch entsprechend gewählte Querschnittsf ächen wird sichergestellt, dass die verschiedenen Leitungen ihren verschiedenen Bestimmungen genügen können, und im Übrigen auch, dass nicht in unerwünschter Weise ein zu hoher Kühlmittelstrom entlang der Entlüftungsleitung gefördert wird, was ansonsten eine mangelhafte Funktion des Kühlsystems zur Folge haben könnte.
Alternativ oder zusätzlich weist die zweite Kühlmittelleitung eine dritte Querschnittsfläche auf, die größer ist als die zweite Querschnittsfläche der ersten Entlüftungsleitung.
Die erste und/oder die dritte Querschnittsfläche ist/sind vorzugsweise um einen Faktor von mindestens 16, vorzugsweise von mindestens 16 bis höchstens 400, vorzugsweise von mindestens 25 bis höchsten 225, vorzugsweise von mindestens 36 bis höchstens 100, vorzugsweise von mindestens 25 bis höchstens 49, vorzugsweise von mindestens 25 bis höchstens 36, größer als die zweite Querschnittsfläche. Entsprechend ergibt sich, das die erste und/oder die zweite Kühlmittelleitung bei kreisförmigem Querschnitt einen ersten
beziehungsweise dritten Durchmesser oder Radius aufweist/aufweisen, wobei die erste
Entlüftungsleitung - ebenfalls bei kreisförmigem Querschnitt - einen zweiten Durchmesser oder Radius aufweist, wobei der erste und/oder der dritte Durchmesser oder Radius größer ist/sind als der zweite Durchmesser oder Radius, nämlich vorzugsweise um einen Faktor von mindestens 4, vorzugsweise bis höchstens 20, vorzugsweise von mindestens 5 bis höchstens 15, vorzugsweise von mindestens 6 bis höchstens 10, vorzugsweise von mindestens 5 bis höchstens 7, besonders bevorzugt von mindestens 5 bis höchstens 6.
Es ist möglich, dass die erste Querschnittsfläche der ersten Kühlmittelleitung und die dritte Querschnittsfläche der zweiten Kühlmittelleitung gleich groß sind; es ist aber auch möglich, dass sie verschieden groß sind. Sie können darüber hinaus eine gleiche oder verschiedene Form oder Geometrie aufweisen.
Bei einem Ausführungsbeispiel des Kühlsystems weist eine Kühlmittelleitung bevorzugt einen Leitungsdurchmesser von 40 mm oder mehr auf. Eine Entlüftungsleitung weist bevorzugt einen Leitungsdurchmesser von mindestens 5 mm bis höchstens 10 mm, vorzugsweise von mindestens 6 mm bis höchstens 8 mm, vorzugsweise von 7 mm auf.
Allgemein zeigt sich, dass der Querschnitt einer Entlüftungsleitung in der Regel unabhängig von dem benötigten Kühlmittel- Volumenstrom einer zu kühlenden Komponente gewählt wird. Im Gegenteil wird hier bevorzugt eine möglichst kleine Rohrleitungsgröße verwendet, um den Kühlmittelstrom entlang der Entlüftungsleitung gering zu halten, da dieser nicht zur Kühlung genutzt werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Entlüftungsleitung mit der ersten zu kühlenden Komponente an einer Anschlussstelle in Fluidverbindung ist, die höher als die, das heißt insbesondere geodätisch oberhalb der Mündung der ersten Kühlmittelleitung in die erste zu kühlende Komponente angeordnet ist. Mit dem Begriff„geodätisch oberhalb" ist hier insbesondere angesprochen, dass durch die Schwerkraft eine ausgezeichnete Richtung vorgegeben ist, die auch als vertikale Richtung bezeichnet wird, wobei bei bestimmungsgemäßer Anordnung des Kühlsystems eine dem Erdmittelpunkt zugewandte Seite desselben als geodätisch unten und eine dem Erdmittelpunkt abgewandte Seite als geodätisch oben bezeichnet wird. Dass also die Anschlussstelle für die erste Entlüftungsleitung geodätisch oberhalb der Mündung der ersten Kühlmittelleitung angeordnet ist, bedeutet insbesondere, dass diese - in vertikaler Richtung gesehen - über der Mündung der ersten Kühlmittelleitung angeordnet ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass durch die erste Kühlmittelleitung in die erste Komponente einströmende Luft nach oben aufsteigen kann, wobei sie oberhalb der Mündungsstelle der ersten Kühlmittelleitung in die Entlüftungsleitung entweichen kann. Besonders bevorzugt ist die Anschlussstelle für die Entlüftungsleitung an einer geodätisch höchsten Stelle der ersten Komponente angeordnet. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass sich in der ersten Komponente befindliche Luft an der geodätisch höchsten Stelle sammeln und von dort durch die
Entlüftungsleitung abgeführt werden kann. So kann insbesondere die Ausbildung eines
Luftpolsters an der geodätisch höchsten Stelle der ersten Komponente vermieden werden.
Es ist möglich, dass die erste Kühlmittelleitung geodätisch an einer Unterseite der ersten Komponente in diese mündet. Das Kühlmittel strömt dann innerhalb der ersten zu kühlenden Komponente von unten nach oben und - abhängig von der Mündungsstelle einer das Kühlmittel aus der ersten Komponente abführenden Kühlmittelleitung - wieder zurück nach unten, oder es wird an einer geodätisch oberhalb der Mündung der ersten Kühlmittelleitung gelegenen Stelle aus der ersten Komponente abgeführt.
Die Mündung der ersten Entlüftungsleitung in die zweite Kühlmittelleitung kann an einer geodätisch unten gelegenen oder an einer geodätisch oben gelegenen Stelle, insbesondere in eine zweite zu kühlende Komponente, erfolgen. Vorteilhaft an einer Einmündung geodätisch oben in einen Kühlmittelpfad einer zweiten zu kühlenden Komponente ist, dass die in den
Kühlmittelpfad einmündende Luft dann in der zweiten Komponente nicht aufsteigen muss, sondern geodätisch oben bleiben und vorzugsweise hier wieder aus der zweiten Komponente mittels einer weiteren Entlüftungsleitung abgeführt werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kühlsystem einen
Luftabscheider aufweist, der - in Bezug auf die Strömungsrichtung des Kühlmittels - stromabwärts der Mündung der ersten Entlüftungsleitung in die zweite Kühlmittelleitung angeordnet ist. Der Luftabscheider ist vorzugsweise insbesondere mit der zweiten
Kühlmittelleitung fluidisch in Reihe angeordnet, wobei die zweite Kühlmittelleitung entweder direkt in den Luftabscheider mündet, oder wobei der Luftabscheider stromabwärts der zweiten Kühlmittelleitung - in Strömungsrichtung des Kühlmittels gesehen - angeordnet ist. Mit dem Luftabscheider ist eine zweite Entlüftungsleitung fluidverbunden. Somit ist es möglich, entlang der zweiten Kühlmittelleitung geförderte Luft mittels des Luftabscheiders von ebenfalls entlang der zweiten Kühlmittelleitung gefördertem Kühlmittel zu trennen und durch die zweite
Entlüftungsleitung abzuführen. Unter einem Luftabscheider wird insbesondere eine Vorrichtung verstanden, die eingerichtet ist, um von einem Fluidstrom umfasste Luft von flüssigen Anteilen des Fluidstroms abzutrennen. Der Luftabscheider ist insbesondere eingerichtet, um die abgetrennte Luft der zweiten
Entlüftungsleitung zuzuführen und so den Kühlmittelkreislauf des Kühlsystems zu entlüften.
Dem steht nicht entgegen, dass in der Praxis eine vollständige Trennung von Luft und Kühlmittel in dem Luftabscheider gegebenenfalls nicht gelingt, wobei insbesondere auch flüssiges
Kühlmittel mit der abgetrennten Luft in die zweite Entlüftungsleitung gelangen kann. Das in der zweiten Entlüftungsleitung geführte Luft/Kühlmittel-Gemisch ist aber jedenfalls luftreicher und kühlmittelärmer als das in den Luftabscheider einströmende Kühlmittel/Luft-Gemisch.
Entsprechend ist ein stromabwärts des Luftabscheiders in einer von diesem kommenden
Kühlmittelleitung strömendes Kühlmittel/Luft-Gemisch kühlmittelreicher und luftärmer als das in den Luftabscheider einströmende Kühlmittel/Luft-Gemisch. Vorzugsweise weist der Luftabscheider ein Abscheidemittel auf, das eingerichtet ist, um Luft aus einem den Luftabscheider durchsetzenden Kühlmittelstrom abzuscheiden und der zweiten Entlüftungsleitung zuzuführen. Das Abscheidemittel ist vorzugsweise als in dem den
Luftabscheider durchsetzenden Kühlmittelstrom angeordnete Lippe oder Lamelle ausgebildet. Die Lippe oder Lamelle ist vorzugsweise derart angeordnet, dass sie durch den Luftanteil und den flüssigen Kühlmittelanteil des Kühlmittelstroms derart angeströmt wird, dass sie an einer ersten Seite von dem Luftanteil und an einer zweiten Seite von dem flüssigen Kühlmittel passiert wird, sodass die an der ersten Seite der Lippe oder Lamelle abgeschiedene Luft aus dem
Kühlmittelkreislauf entfernt werden kann. Die Lippe oder Lamelle ist insbesondere an einer geodätisch oberen Seite des Luftabscheiders angeordnet und ragt ausgehend von dort schräg zur und entgegen der Strömungsrichtung des Kühlmittels gesehen in den Kühlmittelstrom hinein. Oberhalb der Lippe oder Lamelle ist bevorzugt eine Öffnung in dem Luftabscheider vorgesehen, in welchen die zweite Entlüftungsleitung mündet. Auf diese Weise kann durch die Lippe oder Lamelle Luft aus dem Kühlmittelstrom abgeschöpft und der zweiten Entlüftungsleitung zugeführt werden.
Die Lippe oder Lamelle ist bevorzugt löffelförmig ausgebildet, woraus sich eine besonders gute Abschöpfwirkung für Luft ergibt. Dabei werden insbesondere Luftanteile, die in der Regel geodätisch oben strömen, abgeschöpft, sodass diese oben strömenden Luftanteile von der löffelformigen Lamelle oder Lippe an deren erster Seite abgeleitet werden, wobei das die Lippe oder Lamelle anströmende Kühlmittel - falls es mit der Lippe oder Lamelle kollidiert - durch die Löffelform in einer turbulenten Bewegung zurückgeworfen und an der zweiten Seite der Lippe oder Lamelle vorbeigespült wird. Vorzugsweise ist der Luftabscheider in eine Kühlmittelleitung des Kühlsystems integriert oder direkt mit einer Kühlmittelleitung, beispielsweise mit der zweiten Kühlmittelleitung, in
Fluidverbindung. Er ist somit in den Kühlmittelkreislauf eingebunden. Auch hierdurch kann das Kühlsystem sehr kompakt ausgestaltet werden. Das Abscheidemittel des Luftabscheiders weist bevorzugt ein Material auf oder besteht aus einem Material, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Aluminium, Kupfer, Stahl,
Kunststoff, Gummi, Carbon, einer Metalllegierung, und einem Verbundwerkstoff.
Das Kühlsystem umfasst bevorzugt einen Kühlmittelkreislauf mit Kühlmittelleitungen zur Förderung des Kühlmittels entlang des Kühlmittelkreislaufs, wenigstens eine zu kühlende Komponente, einen Wärmeübertrager zur Kühlung des Kühlmittels, wobei das Kühlmittel entlang des Kühlmittelkreislaufs sowohl durch die wenigstens eine zu kühlende Komponente als auch durch den Wärmeübertrager strömt, und wenigstens eine Fördereinrichtung zur Förderung des Kühlmittels entlang des Kühlmittelkreislaufs. Die Fördereinrichtung ist bevorzugt als Pumpe ausgebildet. Insbesondere erfolgt die Förderung des Kühlmittels entlang des Kühlmittelkreislaufs bevorzugt durch Erzeugen verschiedener Druckniveaus in dem Kühlmittelkreislauf und durch Förderung des Kühlmittels entlang von Druckgradienten.
Der Luftabscheider ist vorzugsweise in einem Bereich des Kühlmittelkreislaufs angeordnet, der ein niedrigeres Druckniveau aufweist, als es dem höchsten Druckniveau des Kühlmittelkreislaufs - insbesondere unmittelbar stromabwärts der Fördereinrichtung - entspricht, besonders bevorzugt in einem Bereich des Kühlmittelkreislaufs, der ein niedrigstes Druckniveau aufweist. Es ist dann besonders effizient möglich, Luft durch eine aufsteigende, zweite Entlüftungsleitung, welche in den Luftabscheider mündet, abzuführen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist bevorzugt vorgesehen, dass die Mündung der ersten Entlüftungsleitung in die zweite Kühlmittelleitung derart beabstandet von dem
Luftabscheider angeordnet ist, dass die in die zweite Kühlmittelleitung durch die erste
Entlüftungsleitung eingebrachte Luft auf dem Strömungsweg zu dem Luftabscheider in der zweiten Kühlmittelleitung aufsteigen und sich in einem geodätisch oberen Bereich derselben sammeln kann. Zugleich ist die Mündung der ersten Entlüftungsleitung in die zweite
Kühlmittelleitung vorzugsweise möglichst nah an dem Luftabscheider vorgesehen, sodass die in die zweite Kühlmittelleitung eingebrachte Luft über eine möglichst kurze Strecke entlang des Kühlmittelkreislaufs geführt wird. Die Beabstandung der Mündung von dem Luftabscheider stellt auch sicher, dass bereits in der zweiten Kühlmittelleitung befindliche Luft nicht verwirbelt wird. Zugleich wird bevorzugt sichergestellt, dass die Luft über die Mündung der ersten Entlüftungsleitung in die zweite Kühlmittelleitung nicht in ein Strömungstotgebiet eingeleitet wird, da sich sonst am Ort der Mündung ein Luftpolster bilden könnte.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Kühlmittelleitung und/oder die zweite Entlüftungsleitung in einen Ausgleichsbehälter des Kühlsystems für Kühlmittel münden. Dies hat den Vorteil, dass in den Ausgleichsbehälter über die zweite Kühlmittelleitung und/oder die zweite Entlüftungsleitung eingebrachte Luft in dem
Ausgleichsbehälter aufsteigen und von dem Kühlmittel getrennt werden kann.
Unter einem Ausgleichsbehälter wird hier insbesondere ein Reservoir für das Kühlmittel verstanden, welches dazu dient, Druck- und/oder Temperaturschwankungen im Kühlsystem auszugleichen, indem Kühlmittel aus dem Ausgleichsbehälter in den Kühlmittelkreislauf eingespeist oder aus dem Kühlmittelkreislauf in den Ausgleichsbehälter zurückgeführt werden kann. Dabei ist der Ausgleichsbehälter vorzugsweise Bestandteil des Kühlmittelkreislaufs.
Es wird ein Ausführungsbeispiel des Kühlsystems bevorzugt, bei welchem dieses einen
Kühlmittelkreislauf mit einem Ausgleichsbehälter aufweist, der insbesondere Bestandteil des Kühlmittelkreislaufs ist. Der Ausgleichsbehälter ist selbst keine Kühlmittelleitung oder
Entlüftungsleitung. Vorzugsweise ist er mit wenigstens einer Kühlmittelleitung und/oder wenigstens einer Entlüftungsleitung in Fluidverbindung.
Es ist möglich, dass das Kühlsystem mehr als eine erste zu kühlende Komponente aufweist. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass das Kühlsystem mehr als eine zweite zu kühlende Komponente aufweist. Bevorzugt weist das Kühlsystem eine Mehrzahl von Kühlmittelleitungen und/oder Entlüftungsleitungen auf. Dabei ist es möglich, dass zusätzlich zu wenigstens einer Entlüftungsleitung, die in eine weitere Kühlmittelleitung und/oder eine weitere zu kühlende Komponente mündet, auch wenigstens eine Entlüftungsleitung vorgesehen ist, welche direkt in den Ausgleichsbehälter mündet. Dabei ist es insbesondere möglich, dass eine solche Entlüftungsleitung keine direkte Fluidverbindung zu dem Luftabscheider aufweist. Weiterhin ist es möglich, dass eine Kühlmittelleitung, in welche eine Entlüftungsleitung mündet, mit dem Luftabscheider verbunden ist, wobei eine andere Kühlmittelleitung, in welche eine
Entlüftungsleitung mündet, unter Umgehung des Luftabscheiders mit dem Ausgleichsbehälter verbunden ist. Eine direkte Entlüftung zu dem Ausgleichsbehälter hin kann insbesondere von zu kühlenden Komponenten erfolgen, welche in größerer räumlicher Nähe zu dem
Ausgleichsbehälter angeordnet sind, während eine Entlüftung von Komponenten zu
Kühlmittelleitungen oder anderen zu kühlenden Komponenten insbesondere angewendet werden kann bei Komponenten, die räumlich weiter von dem Ausgleichsbehälter entfernt angeordnet sind. Auf diese Weise können insbesondere kurze und auch für alle Komponenten ähnlich lange Entlüftungsleitungen verwendet werden.
Das hier vorgeschlagene Kühlsystem eignet sich besonders für einen Einsatz an verschiedenen Brennkraftmaschinen und/oder Fahrzeugen, da Abstimmungsarbeiten für eine konkrete
Anwendung, beispielsweise auf einem Prüfstand, sowie damit verbundene Entwicklungsund/oder Konstruktionsarbeiten beziehungsweise entsprechende Entwicklungsschleifen zum Reduzieren von Schwingungsbildungen in jeweiligen Entlüftungsleitungen vermieden werden können.
Es ist möglich, dass durch den Luftabscheider von Luftanteilen befreites Kühlmittel direkt in den Ausgleichsbehälter geführt wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass solches
Kühlmittel von dem Luftabscheider direkt einer zu kühlenden Komponente zugeführt wird, ohne zuvor den Ausgleichsbehälter zu passieren.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Kühlmittelleitung räumlich näher an dem Ausgleichsbehälter angeordnet ist, als die erste zu kühlende
Komponente. Die aus der ersten Komponente abgeführte Luft wird so bei Einspeisung in die zweite Kühlmittelleitung näher zu dem Ausgleichsbehälter, damit zugleich entlang des
Druckgradienten auf ein niedrigeres Druckniveau, gefördert.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite zu kühlende
Komponente räumlich näher an dem Ausgleichsbehälter angeordnet ist, als die erste zu kühlende Komponente. Die aus der ersten Komponente abgeführte Luft wird so bei Einspeisung in die zweite Komponente näher zu dem Ausgleichsbehälter, damit zugleich entlang des Druckgradienten auf ein niedrigeres Druckniveau, gefördert.
Es ist möglich, dass aus der ersten Komponente abgeführte Luft einer zweiten Komponente zugeführt, aus dieser wiederum abgeführt und anschließend einer dritten Komponente zugeführt wird, wobei dies solange fortgesetzt werden kann, bis die Luft schließlich dem Luftabscheider und/oder dem Ausgleichsbehälter zugeführt wird. Alternativ ist es aber auch möglich, dass für die aus der ersten Komponente abgeführte Luft nur genau eine Zwischenstation in Form der zweiten Komponente vorgesehen ist, sodass diese nach Passieren der zweiten Komponente direkt dem Luftabscheider und/oder dem Ausgleichsbehälter zugeführt wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste zu kühlende
Komponente als Turbinengehäuse eines Abgasturboladers ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die zweite zu kühlende Komponente als Verdichtergehäuse des Abgasturboladers ausgebildet. Es kann so eine besonders kurze Entlüftungsleitung vorgesehen werden, welche aus der ersten
Komponente, nämlich dem Turbinengehäuse, abzweigt und in die zweite Komponente, nämlich vorzugsweise das dem Turbinengehäuse unmittelbar benachbarte Verdichtergehäuse, einmündet.
Es ist auch möglich, dass die erste Komponente als Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine ausgebildet ist.
Da die bei dem Kühlsystem bevorzugt vorgesehenen, vergleichsweise kurzen
Entlüftungsleitungen weniger schwingungsanfällig sind als längere Entlüftungsleitungen, können diese aus festen Materialien, insbesondere aus Metall oder einem Kunststoff gefertigt werden. Als Material kann bevorzugt auch Stahl verwendet werden.
Das Kühlsystem ist bevorzugt kompakt und insbesondere mit einer möglichst geringen Anzahl von vorzugsweise kurzen Entlüftungsleitungen ausgestaltet. Vorzugsweise ist das Kühlsystem als geschlossenes Dauerentlüftungssystem ausgestaltet.
Durch eine Anordnung des Luftabscheiders in oder an einer Kühlmittelleitung des Kühlsystems wird diese und auch das Kühlsystem insgesamt dauerhaft und im Betrieb kontinuierlich entlüftet. Dies bedeutet insbesondere, dass zu jedem Zeitpunkt bei einem Betrieb des Kühlsystems das Kühlmittel an oder durch den mindestens einen Luftabscheider strömt und vorzugsweise in dem Kühlmittelstrom vorhandene Luftanteile abgeschieden werden.
Das Kühlsystem kann geschlossen arbeiten, insbesondere als geschlossenes
Dauerentlüftungssystem ausgebildet sein, sodass vorzugsweise die abgeschiedene Luft nicht direkt an eine Atmosphäre abgegeben wird, sondern insbesondere in einem Auffangbehältnis gespeichert wird. Ein geschlossenes Kühlsystem ermöglicht einen gegenüber einem offenen System höheren Druck, sodass ein entsprechendes Kühlmittel einen höheren Siedepunkt aufweist, wodurch wiederum eine zulässige Kühlmitteltemperatur erhöht werden kann.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, welche ein Kühlsystem nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. Dabei ergeben sich in Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit Kühlsystem erläutert wurden.
Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Es ist möglich, dass die Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Personenkraftwagens, eines Lastkraftwagens oder eines Nutzfahrzeugs eingerichtet ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer
Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb,
Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der
Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im
Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer
Brennkraftmaschine mit einem Kühlsystem;
Figur 2 eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine mit einem Kühlsystem;
Figur 3 eine Darstellung einer anderen Ansicht der Brennkraftmaschine gemäß Figur 2, und
Figur 4 eine Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel eines Luftabscheiders eines
Ausführungsbeispiels eines Kühlsystems. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer
Brennkraftmaschine 1 mit einem Kühlsystem 3. Das Kühlsystem 3 weist eine erste zu kühlende Komponente 5 auf, in die eine erste Kühlmittelleitung 7 mündet. Eine von der ersten
Kühlmittelleitung 7 verschiedene, erste Entlüftungsleitung 9 ist mit der ersten Komponente 5 zu deren Entlüftung fluidverbunden. Die erste Entlüftungsleitung 9 mündet in eine zweite
Kühlmittelleitung 11.
Dabei ist hier die zweite Kühlmittelleitung 11 als Kühlmittelpfad 13 ausgebildet, der in einer zweiten zu kühlenden Komponente 15 ausgebildet ist, beispielsweise in Form eines
doppelwandigen Gehäuses der zweiten Komponente 15.
Alternativ ist es auch möglich, dass die erste Entlüftungsleitung 9 außerhalb einer zu kühlenden Komponente in eine Kühlmittelleitung eines Kühlmittelkreislaufs 17 des Kühlsystems 3 mündet. Dies stellt sogar eine bevorzugte Ausgestaltung dar, da dann keine weiter Komponente mit der aus einer anderen Komponente entlüfteten Luft beaufschlagt wird. Ist allerdings eine
geometrische Entfernung der zu entlüftenden Komponente von einem Abschöpfbauteil und/oder einem Ausgleichsbehälter des Kühlsystems 3 zu groß, ist es in Hinblick auf möglichst kurze und wenig vibrationsanfällige Entlüftungsleitungen vorteilhaft, in eine nähergelegene, weitere zu kühlende Komponente zu entlüften. Ist dagegen die zu entlüftende Komponente in räumlicher Nähe zu einem Ausgleichsbehälter angeordnet, wird bevorzugt direkt in den Ausgleichsbehälter entlüftet.
Im Betrieb des Kühlsystems 3 herrscht in der ersten Kühlmittelleitung 7 ein erster Druck, der größer ist als ein zweiter Druck, der in der zweiten Kühlmittelleitung 11 herrscht. Die Entlüftung der ersten Komponente 5 erfolgt also insbesondere druckgetrieben.
Die erste und/oder die zweite Kühlmittelleitung 7, 11 weist/weisen bevorzugt eine erste
Querschnittsfläche auf, wobei die erste Entlüftungsleitung 9 eine zweite Querschnittsfläche aufweist, wobei die erste Querschnittsfläche größer ist als die zweite Querschnittsfläche, vorzugsweise um einen Faktor von mindestens 16, vorzugsweise bis höchstens 400,
vorzugsweise von mindestens 25 bis höchstens 225, vorzugsweise von mindestens 36 bis höchstens 100, vorzugsweise von mindestens 25 bis höchstens 49, vorzugsweise von mindestens 25 bis höchstens 36.
Das Kühlsystem 3 weist hier einen Luftabscheider 19 auf, der stromabwärts der Mündung der ersten Entlüftungsleitung 9 in die zweite Kühlmittelleitung 11 angeordnet ist. Mit dem
Luftabscheider 19 ist eine zweite Entlüftungsleitung 21 fluidverbunden. Der Luftabscheider 19 weist bevorzugt ein Abscheidemittel auf, das eingerichtet ist, um Luft aus einem den
Luftabscheider 19 durchsetzenden Kühlmittelstrom abzuscheiden und der zweiten
Entlüftungsleitung 21 zuzuführen.
Die zweite Entlüftungsleitung 21 mündet hier in einen Ausgleichsbehälter 23 des Kühlsystems 3 für Kühlmittel. Dabei dient der Ausgleichsbehälter 23 insbesondere zum Ausgleich thermisch bedingter Volumenschwankungen des Kühlmittels in dem Kühlmittelkreislauf 17, und als
Blasenabscheider oder Trenneinrichtung, in welcher Luft aufsteigen und aus dem Kühlmittel entweichen und mithin aus dem Kühlmittelkreislauf 17 abgeführt werden kann. Dabei kann das Kühlsystem 3 als offenes System oder aber auch als geschlossenes System ausgebildet sein, wobei die Luft in letzterem Fall nicht an die Atmosphäre abgeführt, sondern vielmehr in dem Ausgleichsbehälter 23 gesammelt wird.
Die in Figur 1 dargestellte Anordnung der verschiedenen Komponenten 5, 15 gibt nicht deren tatsächliche räumliche Anordnung an der Brennkraftmaschine 1 wieder, sondern dient der strukturellen Erläuterung des Kühlsystems 3 und des Kühlmittelkreislaufs 17. Bevorzugt ist insbesondere die zweite Komponente 15 in räumlicher Nähe zu der ersten Komponente 5 angeordnet. Weiterhin ist die zweite Komponente 15 bevorzugt räumlich näher an dem
Ausgleichsbehälter 23 angeordnet als die erste Komponente 5. Der Kühlmittelkreislauf 17 des Kühlsystems 3 umfasst in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 konkret folgende Elemente: Eine Mehrzahl von weiteren Kühlmittelleitungen sind hier sämtlich mit dem Bezugszeichen 25 gekennzeichnet, um die Darstellung zu vereinfachen.
Weiterhin sind zusätzliche Entlüftungsleitungen vorgesehen, die hier zur Vereinfachung sämtlich mit dem Bezugszeichen 27 gekennzeichnet sind.
Das Kühlmittel wird mittels einer Fördereinrichtung 29, die als Pumpe ausgebildet ist, entlang des Kühlmittelkreislaufs 17 gefördert. Dabei umfasst der Kühlmittelkreislauf 17 als zu kühlende Komponenten insbesondere ein Kurbelgehäuse 31 der Brennkraftmaschine 1, einen Zylinderkopf 33 der Brennkraftmaschine 1, eine Abgasleitung 35, einen Ladeluftkühler 37, einen Öl- Wärmetauscher 39, und die bereits erwähnte, erste zu kühlende Komponente 5, die hier als Turbinengehäuse 41 eines Abgasturboladers 42 ausgebildet ist, sowie die zweite zu kühlende Komponente 15, die hier als Verdichtergehäuse 43 des Abgasturboladers 42 ausgebildet ist.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird also insbesondere das Turbinengehäuse 41 über die erste Entlüftungsleitung 9 in das Verdichtergehäuse 43 entlüftet.
Der Kühlmittelkreislauf 17 weist außerdem einen Kühlmittelwärmetauscher 45 zur Kühlung des Kühlmittels auf. Es zeigt sich nun, dass bestimmte Komponenten in andere Komponenten entlüftet sein können, hier insbesondere das Turbinengehäuse 41 in das Verdichtergehäuse 43, wobei die dann in die zweite Kühlmittelleitung 11 entlüftete Luft über diese weitertransportiert wird und schließlich zwischen dem Ladeluftkühler 37 und dem Luftabscheider 19 wieder in eine weitere, zu dem Luftabscheider 19 führende Kühlmittelleitung 25 eingespeist wird, wobei die Luft dann in dem Luftabscheider 19 aus dem Kühlmittelstrom abgeschieden und über die zweite
Entlüftungsleitung 21 dem Ausgleichsbehälter 23 zugeführt wird.
Andere Komponenten, die insbesondere räumlich näher an dem Luftabscheider 19 angeordnet sind, werden bevorzugt direkt in die unmittelbar mit dem Luftabscheider 19 fluidverbundene Kühlmittelleitung 25 zwischen dem Ladeluftkühler 37 und dem Luftabscheider 19 hinein entlüftet, ohne dass die entlüftete Luft zuvor durch eine weitere zu kühlende Komponente geführt wird. Dies ist beispielsweise bei dem Ladeluftkühler 37 selbst sowie bei dem
Kurbelgehäuse 31 der Fall. Die entlüftete Luft beziehungsweise das entlang der
Entlüftungsleitung 27 strömende Luft/Kühlmittel-Gemisch wird stromaufwärts des
Luftabscheiders 19 und von diesem beabstandet in die Kühlmittelleitung 25 eingespeist, damit die Luft Zeit hat, noch vor dem Luftabscheider 19 in der Kühlmittelleitung 25 aufzusteigen und so besonders effizient in dem Luftabscheider 19 abgeschieden zu werden. Weitere zu kühlende Komponenten, insbesondere solche, die in größerer räumlicher Nähe zu dem Ausgleichsbehälter 23 angeordnet sind, werden direkt über Entlüftungsleitungen 27 in den Ausgleichsbehälter 23 entlüftet. Dies ist hier insbesondere zusätzlich für das Kurbelgehäuse 31 , für die Abgasleitung 35 und für den Öl-Wärmetauscher 39 der Fall. Generell werden die Entlüftungsleitungen 9, 21, 27 bevorzugt so geführt, dass sie möglichst kurz ausgebildet sind, sodass sie nicht zum Aufschwingen neigen. Weiterhin kann die Zahl der Entlüftungsleitungen 9, 21, 27 gegenüber bekannten Ausführungen eines Kühlsystems deutlich reduziert werden. Der Ausgleichsbehälter 23 ist bevorzugt an einer geodätisch höchsten Stelle des Kühlsystems 3 angeordnet, sodass die Luft zu dem Ausgleichsbehälter 23 durch die Entlüftungsleitungen 21, 27 aufsteigen kann, wobei ein Zurückströmen von Luft in die Entlüftungsleitungen 21, 27 vermieden wird. Es zeigt sich auch, dass aus der ersten zu kühlenden Komponente 5 eine weitere
Kühlmittelleitung 25 als dritte Leitung abzweigt, um das durch die erste Kühlmittelleitung 7 zur Kühlung zugeführte Kühlmittel wieder aus der zu kühlenden Komponente 5 abzuführen. Dabei wird deutlich, dass die erste Entlüftungsleitung 9 weder zur Zufuhr, noch zur Abfuhr von Kühlmittel dient, sondern tatsächlich spezifisch zu Entlüftung der ersten Komponente 5. Hierzu steht nicht im Widerspruch, dass durch die entlüftete Luft mitgerissenes Kühlmittel
gegebenenfalls auch entlang der Entlüftungsleitung 9 geführt wird. Das entlang der ersten Entlüftungsleitung 9 geführte Luft/Kühlmittel-Gemisch ist jedenfalls sehr viel luftreicher und zugleich kühlmittelärmer als ein gegebenenfalls entlang der Kühlmittelleitung 25 von der ersten Komponente 5 abgeführtes Kühlmittel/Luft-Gemisch, falls das entlang dieser Kühlmittelleitung 25 geführte Kühlmittel überhaupt noch Luft enthält.
Fig. 2 zeigt eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1 mit einem Kühlsystem 3. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei sind hier zwei Abgasturbolader 42.1, 42.2 mit jeweils einem Turbinengehäuse 41.1, 41.2 als jeweils erste zu kühlende Komponente 5.1, 5.2 vorgesehen, wobei diese ersten Komponenten 5.1, 5.2 jeweils durch eine sehr kurze, erste Entlüftungsleitung 9.1, 9.2 in ein jeweiliges Verdichtergehäuse 43.1, 43.2 entlüftet werden. Dargestellt ist auch eine weitere Entlüftungsleitung 27, durch welche eine nicht dargestellte Kühlmittelleitung einer Abgasleitung 35 entlüftet wird. Weiterhin ist der Ausgleichsbehälter 23 dargestellt.
Es wird hier insbesondere deutlich, dass die ersten Entlüftungsleitungen 9.1, 9.2 mit den ersten Komponenten 5.1, 5.2 an Anschlussstellen 47.1, 47.2 in Fluidverbindung sind, die geodätisch oberhalb von hier nicht dargestellten Mündungen der ebenfalls nicht dargestellten ersten
Kühlmittelleitungen angeordnet sind, insbesondere an einer geodätisch höchsten Stelle der ersten Komponenten 5.1, 5.2. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Entlüftung der ersten
Komponenten 5.1, 5.2. Generell sind Entlüftungsleitungen vorzugsweise an geodätisch oberen, insbesondere geodätisch höchsten Stellen von zu entlüftenden Komponenten angeordnet.
Fig. 3 zeigt eine Darstellung des Ausführungsbeispiels der Brennkraftmaschine 1 mit dem Kühlsystem 3 gemäß Figur 2 aus einer anderen Perspektive und mit einer Detailvergrößerung D. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei sind hier insbesondere von einem Kurbelgehäuse 31 abzweigende Entlüftungsleitungen 27 dargestellt, die
stromaufwärts eines Luftabscheiders 19 in eine in diesen mündende Kühlmittelleitung 25 einmünden, sodass die von dem Kurbelgehäuse 31 entlüftete Luft durch die Kühlmittelleitung 25 dem Luftabscheider 19 zugeführt wird. Sie kann dann in dem Luftabscheider 19 von dem
Kühlmittel separiert und durch die zweite Entlüftungsleitung 21 dem Sammelbehälter 23 zugeführt werden. Es sind auch weitere Entlüftungsleitungen 27 dargestellt, die von anderen zu kühlenden
Komponenten direkt in den Sammelbehälter 23 führen. Beispielsweise führt eine
Entlüftungsleitung 27 von dem Öl-Wärmetauscher 39 direkt in den Sammelbehälter 23. Ein Vergleich der Figuren 2 und 3 zeigt insbesondere, dass das Kurbelgehäuse 31 näher an dem Luftabscheider 19 angeordnet ist als die Turbinengehäuse 41.1, 41.2 als erste zu entlüftende Komponenten 5.1, 5.2. Daher ist es günstig, das Kurbelgehäuse 31 direkt in eine in den
Luftabscheider 19 mündende Kühlmittelleitung 25 zu entlüften, während die Turbinengehäuse 41.1, 41.2 zunächst in die Verdichtergehäuse 43.1, 43.2 entlüftet werden. So können nach Möglichkeit überall möglichst kurze und möglichst wenige Entlüftungsleitungen verwendet werden.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Luftabscheiders 19. Dieser weist ein Abscheidemittel 49 auf, das hier als Lamelle ausgebildet ist. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Das Abscheidemittel 49 ist eingerichtet, um Luft aus einem den Luftabscheider 19 entlang eines Pfeils P durchsetzenden Kühlmittelstroms abzuzweigen und der zweiten Entlüftungsleitung 21, die hier in Form einer Mündungsbohrung in den Luftabscheider 19 dargestellt ist, zuzuführen. Dementsprechend führt ein stromabwärts des Abscheidemittels 49 angeordneter Teil 51 des Luftabscheiders 19 wenig oder sogar keine Luft, sodass stromabwärts des Luftabscheiders 19 eine effiziente Kühlung einer zu kühlenden Komponente erreicht wird.
Von dem Kühlmittel umfasste Luft reichert sich auf ihrem Weg durch den Luftabscheider 19 und auch schon zuvor durch eine mit diesem verbundene Kühlmittelleitung 25 geodätisch oben, insbesondere auf einer geodätisch oberen, ersten Seite 53 des Abscheidemittels 49 an. Die Luft strömt also stets so an das Abscheidemittel 49, dass sie entlang der ersten Seite 53 in die zweite Entlüftungsleitung 21 geleitet und von dort abgeführt wird. Das Kühlmittel strömt dagegen entlang einer geodäisch unteren, zweiten Seite 55 des Abscheidemittels 49 durch den
Luftabscheider 19 und insbesondere durch den stromabwärts des Abscheidemittels 49 angeordneten Teil 51 weiter entlang des Kühlmittelkreislaufs.
Es ist möglich, dass der Luftabscheider 19 vorzugsweise unmittelbar stromaufwärts des
Kühlmittelwärmetauschers 45 angeordnet ist. Insgesamt zeigt sich, dass mittels des hier vorgeschlagenen Kühlsystems 3 und der Brennkraftmaschine 1 eine sehr effiziente Kühlung unter Vermeidung langer und vibrationsanfälliger Entlüftungsleitungen mit optimierter Entlüftung möglich ist.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Kühlsystem (3), mit
- wenigstens einer ersten zu kühlenden Komponente (5), in die eine erste Kühlmittelleitung (7) mündet, wobei
eine erste Entlüftungsleitung (9) mit der ersten Komponente (5) zur Entlüftung der ersten Komponente (5) fluidverbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Entlüftungsleitung (9) in eine zweite Kühlmittelleitung (11) mündet.
2. Kühlsystem (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite
Kühlmittelleitung (11) als Kühlmittelpfad (13) in einer zweiten zu kühlenden Komponente (15) ausgebildet ist, oder dass die erste Entlüftungsleitung (9) in die zweite Kühlmittelleitung (11) außerhalb einer zu kühlenden Komponente (5,15) mündet.
3. Kühlsystem (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb des Kühlsystems (3) in der ersten Kühlmittelleitung (7) ein erster Druck herrscht, wobei in der zweiten Kühlmittelleitung (11) ein zweiter Druck herrscht, wobei der erste Druck größer ist als der zweite Druck.
4. Kühlsystem (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kühlmittelleitung (7) eine erste Querschnittsfläche aufweist, wobei die erste
Entlüftungsleitung (9) eine zweite Querschnittsfläche aufweist, wobei die erste
Querschnittsfläche größer ist als die zweite Querschnittsfläche, vorzugweise um einen Faktor von mindestens 16, vorzugsweise bis höchstens 400, vorzugsweise von mindestens 25 bis höchstens 225, vorzugsweise von mindestens 36 bis höchstens 100.
5. Kühlsystem (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Entlüftungsleitung (9) mit der ersten Komponente (5) an einer Anschlussstelle (47) in Fluidverbindung ist, die höher angeordnet ist als die Mündung der ersten Kühlmittelleitung (7) in die erste Komponente (5).
6. Kühlsystem (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem (3) einen Luftabscheider (19) aufweist, der stromabwärts der Mündung der ersten Entlüftungsleitung (9) in die zweite Kühlmittelleitung (11) angeordnet ist, wobei mit dem Luftabscheider (19) eine zweite Entlüftungsleitung (21) fluidverbunden ist, wobei der
Luftabscheider (19) vorzugsweise ein Abscheidemittel (49) aufweist, das eingerichtet ist, um Luft aus einem den Luftabscheider (19) durchsetzenden Kühlmittelstrom abzuscheiden und der zweiten Entlüftungsleitung (21) zuzuführen.
7. Kühlsystem (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kühlmittelleitung (11) und/oder die zweite Entlüftungsleitung (21) in einen
Ausgleichsbehälter (23) des Kühlsystems (3) für Kühlmittel münden.
8. Kühlsystem (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kühlmittelleitung (11) räumlich näher an dem Ausgleichsbehälter (23) angeordnet ist als die erste Komponente (5).
9. Kühlsystem (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (5) als Turbinengehäuse (41) eines Abgasturboladers (42) ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die zweite Komponente (15) als Verdichtergehäuse (43) des
Abgasturboladers (42) ausgebildet ist.
10. Brennkraftmaschine (1), mit einem Kühlsystem (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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