DE4133287A1 - Verdampfungsgekuehlte verbrennungskraftmaschine - Google Patents
Verdampfungsgekuehlte verbrennungskraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine verdampfungsgekühlte Verbrennungs
kraftmaschine, umfassend ein druckbeaufschlagbares Kühlsystem,
das von einem Kühlmittel durchströmbar ist, mit zumindest einem
Kondensationskühler, zumindest einer Kühlmittelpumpe und einem
Ausdehnungsbehälter, wobei der Ausdehnungsbehälter mittels
einer Verbindungsleitung an den Kühlkreislauf angeschlossen
ist.
Eine solche Verbrennungskraftmaschine ist aus der US 46 48 356
bekannt. Danach besteht das Kühlsystem im wesentlichen aus
einem Wassermantel der Verbrennungskraftmaschine, einem Kühler,
der als Kondensationskühler ausgebildet ist, einem Kondensat
tank und einem Behälter, der durch eine Trennwand in zwei
Teilkammern unterteilt ist, wobei die dem Kühlsystem abgewandte
Kammer zur Atmosphäre hin offen ist. Die Aufgabe dieser Anlage
besteht darin, die im hermetisch abgeschlossenen System befind
liche Luft vorübergehend aus dem System zu ziehen und vom
Kondensator fernzuhalten, um den Wirkungsgrad der Anlage zu
verbessern. Die für die Funktion des Systems nachteilige,
eingeschlossene Luft, wird bei betriebswarmer Verbrennungs
kraftmaschine im Behälter gespeichert und bei Abkühlen der
Maschine in das System zurückgefördert, um die Entstehung von
Unterdruck zu vermeiden. Dabei ist allerdings zu beachten, daß
zur Erzielung einer optimalen Kondensatorkühlleistung der
Massendurchsatz durch den Kondensator und der Dampfgehalt vor
dem Kondensator geregelt werden müssen. Mit der bekannten
Verbrennungskraftmaschine ist das nicht möglich.
Außerdem ist hier von Nachteil, daß die Kühlmitteltemperatur
und der Systemdruck des Kühlsystems nicht unabhängig vonein
ander geregelt werden können. Eine Anpassung der Kühlleistung
der Kondensatorkühlanlage an die motorische Heizleistung ist
bei der vorbekannten Verbrennungskraftmaschine nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verdampfungsge
kühlte Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art
derart weiterzuentwickeln, daß die Kühlmitteltemperatur und der
Systemdruck innerhalb des Kühlsystems unabhängig voneinander
geregelt werden können. Durch diese unabhängige Regelung ist
eine ausgezeichnete Einflußnahme auf die Bauteiltemperatur
gewährleistet. Außerdem soll die Zirkulation des Kühlmittels
durch das Kühlsystem und die angeschlossene Verbrennungskraft
maschine, insbesondere bei hoher Heizleistung der Verbrennungs
kraftmaschine und den damit verbundenen hohen Strömungsver
lusten optimiert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Verbrennungskraft
maschine der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden
Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestal
tungen nehmen die Unteransprüche bezug.
Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine weist einen
Ausdehnungsbehälter auf, der in Hauptströmungsrichtung unmit
telbar vor der Kühlmittelpumpe angeordnet ist, dem Konden
sationskühler ist ein über ein Thermostat zuschaltbarer Kon
vektionskühler zugeordnet, das flüssige Kühlmittel vom Kon
vektionskühleraustritt und das Kondensat vom Kondensations
kühleraustritt ist in einem Knotenpunkt der Zuleitung der
Verbrennungskraftmaschine zusammengeführt, wobei im Bereich des
Knotenpunktes eine Pumpvorrichtung zur Förderung des Kühl
mittels in Hauptströmungsrichtung angeordnet ist. Durch die
Verwendung eines Kondensations- und eines Konvektionskühlers
innerhalb eines Kühlsystems kann mit Hilfe eines Druckregel
ventils, das in Hauptströmungsrichtung hinter dem Konden
sationskühleraustritt angeordnet ist eine Systemdruckregu
lierung erreicht werden, wobei der Systemdruck je nach Fahrge
schwindigkeit, Umgebungstemperatur und Motorbetriebspunkt
eingestellt werden kann. Die Kühlmitteltemperatur und der
Systemdruck können bei diesen Systemen unabhängig voneinander
geregelt werden.
Die Systemdruckregulierung erfolgt durch das Regelventil am
Kondensatoraustritt. Es steuert in Abhängigkeit z. B. des
Druckes im Motor den Durchfluß durch den Kondensator und damit
dessen Kühlleistung. Durch Anpassung der Kühlleistung an die
Heizleistung des Motors kann der Druck innerhalb des Kühlsy
stems konstant gehalten werden. Durch die unabhängige Ein
stellung von Systemdruck und Kühlmitteltemperatur kann be
sonders gut Einfluß genommen werden auf die Regelung der
Bauteiltemperatur, wobei insbesondere die Temperatur von
Bauteilen im Bereich des Zylinderkopfes von Interesse sind. Das
Druckregelventil kann signalleitend mit einem Druckaufnehmer,
beispielsweise im Zylinderkopf oder am Kondensatoraustritt
verbunden sein. Das Ventil regelt den Kondensatdurchfluß durch
den Kondensator so, daß die notwendige Kühlleistung und gün
stige Bauteiltemperaturen gewährleistet sind. Die Siede
temperatur des Kühlmittels stellt sich nach dem Druck im
Kühlsystem ein, der durch dieses Ventil geregelt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß
die Pumpvorrichtung durch ein Venturirohr gebildet ist und daß
in das Venturirohr im Bereich des geringsten Durchtrittsquer
schnittes Kondensat einspeisbar ist. Für die Verwendung eines
Venturirohres als Pumpvorrichtung sprechen insbesondere der
einfache Aufbau des Kühlsystems und die Vermeidung einer
zweiten, beispielsweise elektrisch angetriebenen Kühlmittel
pumpe, was in wirtschaftlicher Hinsicht von hervorzuhebender
Bedeutung ist.
Das Venturirohr, das einen Knotenpunkt bildet, in dem flüssiges
Kühlmittel vom Konvektionskühler und Kondensat vom Kondensa
tionskühler zusammengeführt wird, bewirkt ferner, daß aufgrund
der Strömungsverluste zwischen Verbrennungskraftmaschine und
Kondensationskühler das Kondensat nicht in den Kondensations
kühler zurückgedrückt wird, sondern in Hauptströmungsrichtung
mitgerissen und der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird.
Diese Ausgestaltung bewirkt einen außerordentlich günstigen
Wirkungsgrad durch einen hohen Volumenstrom durch das Kühl
system mit nur einer Kühlmittelpumpe, was auch in wirtschaft
licher Hinsicht besonders vorteilhaft ist. Aufgrund der Ver
wendung eines Venturirohres im Kühlsystem einer verdampfungs
gekühlten Verbrennungskraftmaschine kann die Kühlmittelpumpe in
ihren Abmessungen besonders kompakt gewählt werden. Die Förder
leistung ist auch dann völlig ausreichend. Der Thermostat gibt
in Abhängigkeit von der Temperatur des flüssigen Kühlmittels
oder der durch Temperatursensoren ermittelten Bauteiltemperatur
den Weg durch verschiedene Kühlkreisläufe frei. Während der
Aufwärmphase der Verbrennungskraftmaschine ist der Weg über den
Konvektionskühler gesperrt, was ein rasches Aufheizen der
Verbrennungskraftmaschine bedingt. Mit steigender Temperatur
öffnet der Thermostat allmählich den Weg über den Konvektions
kühler, so daß eine Beschädigung der Verbrennungskraftmaschine
durch Überhitzung zuverlässig vermieden wird. Darüberhinaus ist
von Vorteil, daß durch die parallele Anordnung von Kondensa
tions- und Konvektionskühler das flüssige Kühlmittel mit einer
weitgehend konstanten Eintrittstemperatur in die Verbrennungs
kraftmaschine gefördert wird. Die Gefahr von Wärmespannungen
beispielsweise durch relativ kaltes Kondensat in eine relativ
heiße Verbrennungskraftmaschine ist durch diese Ausgestaltung
wesentlich verringert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Venturirohr
durch ein T-förmiges Leitungsverbindungselement gebildet sein.
Ein derart ausgestaltetes Leitungsverbindungselement ist in
wirtschaftlicher Hinsicht besonders günstig herstellbar und
ermöglicht eine variable Gestaltung der Leitungsverbindungen.
Die Verengung in Form einer Venturidüse befindet sich dabei in
Hauptströmungsrichtung, während im Bereich des geringsten
Durchtrittsquerschnittes ein Abzweig vorgesehen ist, der mit
dem Kondensationskühleraustritt flüssigkeitsleitend verbunden
sein kann.
Der Ausdehnungsbehälter und ein mit einer Entlüftung versehener
Befüllstutzen können zu einer Baueinheit zusammengefaßt und
über eine Verbindungsleitung flüssigkeitsleitend aneinander
festgelegt sein. Durch diese Ausgestaltung ist ein einfacher
und übersichtlicher Aufbau des Kühlsystems gewährleistet. Das
Kühlmittel, das meist aus Wasser und einem Gehalt an Frost
schutz besteht, kann dadurch besonders einfach eingefüllt
werden. Auch die Wartung und Überwachung des Kühlsystems
bezüglich eventuell auftretender Undichtigkeiten kann dadurch
vereinfacht werden.
Zur leichteren und korrekten Befüllung des Kühlsystems kann in
der Verbindungsleitung zwischen dem Einfüllstutzen und dem
Ausdehnungsbehälter eine Drossel angeordnet sein, die den
Flüssigkeitsdurchtritt durch die Leitung begrenzt. Der Aus
dehnungsbehälter kann durch eine Trennmembran in einen flüs
siges Kühlmittel enthaltenden Raum und einen Ausdehnungsraum
unterteilt sein, wobei der Ausdehnungsraum über eine Entlüf
tungsöffnung mit der Atmosphäre verbunden ist und die Trenn
membran nur von dem Atmosphärendruck beaufschlagbar ist. Nach
einer anderen Ausgestaltung besteht auch die Möglichkeit, daß
innerhalb des Ausdehnungsraumes ein Federelement angeordnet
ist, daß das Federelement beispielsweise als Schraubendruck
feder ausgebildet ist und sich einerseits am Gehäuse des
Ausdehnungsbehälters und andererseits auf der dem Ausdehnungs
raum zugewandten Seite der Trennmembran abstützt. Die Funktions
weise ist prinzipiell ähnlich. Ist die Kühlmittelpumpe ent
sprechend ausgelegt, wird durch diese, in Verbindung mit der
Drossel bewirkt, daß die Trennmembran während der Befüllung des
Kühlsystems mit flüssigem Kühlmittel an den unteren Todpunkt
des Ausdehnungsbehälters anlegbar ist. Die Verwendung beispiels
weise einer Feder im Ausdehnungsraum ist dadurch entbehrlich.
Im Kühlsystem kann eine Fahrzeuginnenraumheizung angeordnet
sein, wobei die Fahrzeuginnenraumheizung in einer während der
bestimmungsgemäßen Verwendung der Verbrennungskraftmaschine nur
mit Dampf gefüllten Zone des Kühlsystems angeordnet ist.
Hierbei ist von Vorteil, daß die Verbrennungskraftmaschine
besonders schnell erwärmt wird, rasch eine optimale Betriebs
temperatur erreicht, wenig Kraftstoff verbraucht und weniger
Schadstoffe freisetzt.
Ist die Betriebstemperatur erreicht und ein Teil des flüssigen
Kühlmittels ist verdampft, kann die Heizung in Betrieb genommen
werden und stellt dann eine Heizleistung zur Verfügung, die die
Heizleistung von Fahrtzeuginnenraumheizungen, die im Wasser
kreislauf angeordnet sind, bei weitem übersteigt. Desweiteren
ist von Vorteil, daß eine gleichmäßigere und drehzahlunab
hängige Heizleistung gewährleistet ist. Die Tatsache, daß die
Heizung erst dann in Betrieb genommen werden kann, wenn ein
Teil des flüssigen Kühlmittels verdampft ist, stellt in der
Praxis keinen gravierenden Nachteil dar, weil auch Heizungen,
die im Wasserkreislauf angeordnet sind, erst Wärme zur Behei
zung des Innenraums abgeben, wenn das Kühlmittel eine gewisse
Temperatur erreicht hat.
Zur weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades des Kühlsystems
kann im Bereich des Kühlmittelaustrittes der Verbrennungskraft
maschine eine Wasserabscheider vorgesehen sein, der bewirkt,
daß der Konvektionskühler auch bei großem Kühlmittelvolumen
strom nur von Wasser und der Kondensationskühler nur von Dampf
durchströmt wird. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ist
dadurch erzielbar, daß das flüssige Kühlmittel im Bereich des
Zylinderkopfes in die Verbrennungskraftmaschine einspeisbar ist
und daß die Maschine als Abscheider fungiert. Von hervorzuhe
bendem Vorteil ist in diesem Zusammenhang, daß sich schädliche
Dampfnester vor allem im Zylinderkopf durch eine Mindestdurch
spülung des Motors nicht bilden können. Die Mindestdurchspülung
ist in diesem Falle größer als der leistungsoptimale Massen
strom durch den Kondensator. Ein guter Wirkungsgrad der Kühlung
ist nur mit einer effektiven und kontrollierten Wasser-/Dampf
abscheidung möglich. Außerdem ergeben sich bei Abscheidung von
Wasser und Dampf innerhalb des Motors keine zusätzlichen
Drosselwiderstände, keine zusätzlichen Ausdehnungsvolumina für
externe Abscheider und kein zusätzliches Bauteil mit Ver
schlauchung. Die Durchströmung des Motors erfolgt dann derart,
daß das flüssige, gekühlte Kühlmittel im Bereich des Zylinder
kopfes in die Verbrennungskraftmaschine eingespeist wird, Dampf
nach oben in Richtung des Kondensators entweicht und das
flüssige Kühlmittel nach unten durch die Verbrennungskraft
maschine. Die Verbrennungskraftmaschine wirkt demzufolge als
Abscheider.
Nach einer anderen Ausgestaltung kann dem Ausgleichsbehälter
eine relativ bewegliche, flüssigkeitsdichte Trennwand zuge
ordnet sein, die den Ausgleichsbehälter in einen flüssiges
Kühlmittel enthaltenden Raum und einen Federraum unterteilt,
wobei der Federraum mit der Sauganlage der Verbrennungskraft
maschine mittels einer Unterdruckleitung verbunden ist und
wobei die Unterdruckleitung durch zumindest ein Sperrventil
verschließbar ist. Dabei ist Voraussetzung, daß eine Sauganlage
vorhanden ist und diese auch einen Unterdruck zur Verfügung
stellt, die Trennwand einwandfrei zu betätigen. Handelt es sich
bei der Verbrennungskraftmaschine um einen Dieselmotor, kann
die Unterdruckleitung vorteilhafter Weise an die Unterdruck
pumpe des Bremssytems angeschlossen werden. Bei der Verdampfungs
kühlung stellt sich die Siedetemperatur des Kühlmittels nach
dem Druck im Kühlsystem ein. In Abhängigkeit von der Höhe der
Systemdrücke im Kühlsystem und der damit verbundenen unter
schiedlichen Siedetemperaturen des Kühlmittels, kann die
Bauteiltemperatur der Verbrennungskraftmaschine optimal dem
jeweiligen Lastzustand angepaßt werden. Durch die Auslenkung
der Trennwand im Ausgleichsbehälter wird das Gesamtvolumen des
Kühlsystems und damit der Systemdruck in Abhängigkeit vom
Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine geregelt. Der
gewünschte Systemdruck kann beispielsweise aus folgenden
Parametern ermittelt werden: Kühlmitteltemperatur, Bauteiltem
peratur, Betrag des Unterdruckes im Saugrohr, Stellung der
Drosselklappen, Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, einge
spritzte Kraftstoffmenge, Umgebungstemperatur und/oder Fahr
zeuggeschwindigkeit. Bei elektronisch gesteuerten Verbrennungs
kraftmaschinen steht eine Vielzahl der oben genannten Hilfs
größen ohnehin zur Verfügung, so daß keine zusätzlichen Sen
soren benötigt werden, was eine sehr gute Zuverlässigkeit des
Kühlsystems bedingt. Der Unterdruckleitung kann zusätzlich ein
Unterdruckspeicher zugeordnet sein. Dies ist insbesondere dann
sinnvoll, wenn die Sauganlage der Verbrennungskraftmaschine
nicht in allen Lastzuständen einen Unterdruck zur Verfügung
stellt, der ausreicht, den Systemdruck im Kühlsystem an die
jeweiligen Lastzustände anzupassen. Im Leerlauf, wenn ein
vergleichsweise hoher Systemdruck gefordert ist, der eine hohe
Siedetemperatur bedingt und damit ein rasches Aufwärmen der
Verbrennungskraftmaschine, stellt die Sauganlage ohne Unter
druckspeicher einen hohen Unterdruck zu Verfügung während im
Vollastbereich, wenn niedriger Systemdruck und eine geringe
Siedetemperatur des Kühlmittels gefordert sind, um eine Über
hitzung des Verbrennungskraftmaschine zu vermeiden, die Saug
anlage nur wenig Unterdruck erzeugt. Dieser vergleichsweise
geringe Unterdruck kann unter Umständen nicht ausreichen, den
Systemdruck im Kühlsystem soweit zu verringern, daß ein Betrieb
der Verbrennungskraftmaschine ohne Gefahr der Überhitzung
möglich wäre. Um diese Nachteile zu vermeiden, kann ein Unter
druckspeicher vorgesehen sein, der in jedem Betriebspunkt der
Verbrennungskraftmaschine für eine ausreichende Versorgung des
Federraumes im Ausgleichsbehälter mit Unterdruck sorgt.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen verdampfungsgekühl
ten Verbrennungskraftmaschine sind in den als Anlage beigefüg
ten Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im folgenden
näher beschrieben.
In den Fig. 1, 2, 3, 4, 5 und 6 ist jeweils eine verdampfungs
gekühlte Verbrennungskraftmaschine 1 dargestellt, bei der ein
druckbeaufschlagbares Kühlsystem 2 von einem Kühlmittel durch
strömbar ist. Bei dem Kühlmittel handelt es sich zumeist um
Wasser mit einem Gehalt an Forstschutz. Der Ausgleichsbehäl
ter 4 ist mittels einer Verbindungsleitung 5 an eine während
des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine 1 stets mit flüs
sigem Kühlmittel gefüllte Zone des Kühlsystems 2 angeschlossen.
Das Kühlsystem 2 besteht im wesentlichen aus einem Kondensa
tionskühler 3, einem in Strömungsrichtung hinter der Konden
sationskühler 3 angeordneten Druckregelventil 10 und einem
Konvektionskühler 7, die einander in Parallelschaltung zuge
ordnet sind. Der Kühlmittelaustritt des Konvektionskühlers 7
sowie der Kondensataustritt des Kondensationskühlers 3 sind in
einem Knotenpunkt zusammengeführt, der in den Fig. 1 bis 5
durch ein Venturirohr 8 gebildet ist. Das flüssige Kühlmittel
das das Venturirohr 8 in Hauptströmungsrichtung 9 im Bereich
des geringsten Durchtrittsquerschnittes mit relativ höherer Ge
schwindigkeit durchströmt, reißt das im Kondensationskühler 3
angefallene Kondensat und bedarfsweise flüssiges Kühlmittel aus
dem Ausgleichsbehälter 4 aufgrund des Druckabfalles an dieser
Stelle mit. Bei hoher Heizleistung der Verbrennungskraft
maschine 1 und einem hohen Volumenstrom durch das Kühlsystem 2
ist ein Rückfließen von flüssigem Kühlmittel und Kondensat
zurück in den Kondensationskühler 3 aufgrund der Anordnung des
Venturirohres 8 ausgeschlossen. Dadurch entsteht keine Dros
selung im Kühlsystem 2, wodurch die Kühlleistung und der
Wirkungsgrad des Kühlsystems 2 erheblich verbessert ist.
Der Konvektionskühler 7 bewirkt eine annähernd gleichmäßige
Temperatur des flüssigen Kühlmittels, das in die Verbrennungs
kraftmaschine 1 eingespeist wird. Diese Temperatur ist so
bemessen, daß die Entstehung von Dampfblasen im Bereich des
Venturirohres 8 und der Kühlmittelpumpe 11 wirkungsvoll ver
mieden wird. Dadurch wird sowohl die Funktionssicherheit als
auch die Gebrauchsdauer des Kühlsystems 2 deutlich erhöht.
Durch Druckbeaufschlagung des Ausgleichsbehälters 4 kann
Einfluß genommen werden auf den Systemdruck im Kühlsystem 2.
Ein hoher Systemdruck bedingt eine hohe Siedetemperatur des das
Kühlsystem 2 durchströmenden Kühlmittels, während ein relativ
verringerter Systemdruck eine Verringerung der Siedetemperatur
bedingt. Im kalten Zustand der Verbrennungskraftmaschine 1,
also vor Inbetriebnahme oder kurz nach dem Start, ist das
Kühlsystem vollständig mit flüssigem Kühlmittel gefüllt und
dampffrei. Der flüssiges Kühlmittel enthaltende Raum 16 des
Ausgleichsbehälters 4 weist sein geringstes Volumen auf.
In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße verdampfungsgekühlte Ver
brennungskraftmaschine 1 mit dampffreiem Kühlsystem 2 darge
stellt, kurz nach dem Start, wenn sie ihre optimale Betriebs
temperatur noch nicht erreicht hat. Sowohl der Konvektions
kühler 7 als auch der Kondensationskühler 3 sind vollständig
mit flüssigem Kühlmittel gefüllt. Selbst bei sehr geringen
Außentemperaturen besteht so nicht die Gefahr, daß die Kühler
durch Einfrieren beschädigt werden. Auch die Dampfleitung 20
ist in diesem Betriebszustand mit flüssigem Kühlmittel gefüllt.
Die Kennlinie des Systemdruckes ist von der Federkennlinie der
Feder abhängig, die sich im Federraum 17 befindet. Der Aus
gleichsbehälter 4 ist auf der dem flüssigen Kühlmittel
abgewandten Seite mit einer Öffnung versehen, die diesen Raum
mit der Atmosphäre verbindet. Als Einzelteil "X" ist ein
Ausschnitt des Venturirohres 8 gezeigt. Abweichend von dem hier
dargestellten Ausführungsbeispiel besteht allerdings auch die
Möglichkeit, daß die Trennmembran innerhalb des Ausgleichsbe
hälters 4 nicht mit einer Feder, sondern nur mit dem Atmos
phärendruck beaufschlagt ist.
In Fig. 2 ist ein Kühlsystem dargestellt, ähnlich dem Kühl
system aus Fig. 1, wobei die Betriebstemperatur der Verbren
nungskraftmaschine 1 gestiegen ist und ein Teil des flüssigen
Kühlmittels bereits verdampft ist. In der Dampfleitung 20
befindet sich nur noch verdampftes Kühlmittel. Das durch den
Dampf verdrängte Volumen wird durch den flüssiges Kühlmittel
enthaltenden Raum 16 kompensiert. Auf eine dem System angepaßte
Größe des Ausgleichsbehälters 4 ist dabei selbstverständlich zu
achten. Im Wasserkreislauf, in diesem Fall dem Konvektions
kühler 7 vorgeschaltet, befindet sich eine Fahrzeuginnenraum
heizung 12. Ein Ölwärmeüberträger 13 ist ebenfalls in der
Kühlmittelleitung angeordnet. Die Anordnung der Fahrzeuginnen
raumheizung 12 im Wasserkreislauf bedingt bei Betätigung einen
frühzeitigen beheizten Innenraum, was eine vergleichsweise
lange Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine bedingt. Die
Trennwand 4.3 des Ausgleichsbehälters 4 hat sich in Richtung
des Federraumes 17 verlagert, so daß die durch den Dampf
verdrängten Flüssigkeitsbestandteile im flüssigen Kühlmittel
enthaltenden Raum 16 aufgenommen werden können. Zusätzlich zu
dem in Fig. 1 dargestellten System ist der Federraum 17 über
ein Sperrventil 19 mit einer Unterdruckleitung 18 verbunden,
die mit der Sauganlage der Verbrennungskraftmaschine verbunden
ist. Eine Druckbeaufschlagung des Kühlsystems 2 ist in diesem
Fall feinfühliger regelbar, als dies in Fig. 1 der Fall ist. In
der Unterdruckleitung 18 kann gegebenenfalls ein Unterdruck
speicher angeordnet sein um im Vollastbetrieb der Verbrennungs
kraftmaschine 1 einen ausreichend hohen Unterdruck zur Ver
fügung zu stellen, zur Reduzierung des Systemdruckes und einer
Absenkung der Siedetemperatur.
In Fig. 3 ist eine Verbrennungskraftmaschine ähnlich der aus
Fig. 2 dargestellt, wobei die Fahrzeuginnenraumheizung 12 nicht
im flüssigkeitsdurchströmten Kreislauf des Kühlsystems 2
angeordnet ist, sondern nur von Dampf durchströmbar ist. Diese
Ausgestaltung hat den Vorteil, daß die Verbrennungskraft
maschine 1 schneller ihre Betriebstemperatur erreicht, was im
Hinblick auf weniger Verschleiß, weniger Kraftstoffverbrauch
und günstigere Schadstoffemissionen von Vorteil ist. Die
Fahrzeuginnenraumheizung 12 ist nur wirksam, wenn ein Teil des
flüssigen Kühlmittels bereits verdampft ist, zeichnet sich dann
aber durch eine deutlich bessere Heizleistung aus. Die Druckbe
aufschlagung des Kühlsystems erfolgt in diesem Beispiel wieder
durch eine Feder im Federraum 17 des Ausgleichsbehälters 4,
wobei der Federraum 17 und die Atmosphäre durch eine Öffnung
miteinander verbunden sind. Auch Ausführungen ohne Federkraft
beaufschlagung der Trennmembran innerhalb des Ausgleichsbe
hälters 4 sind denkbar.
Zur Verbesserung des Wirkungsgrades kann wie in Fig. 4 darge
stellt, ein Wasserabscheider 14 vorgesehen sein, der bedingt,
daß ausschließlich Wasser durch den Konvektionskühler und
ausschließlich Dampf durch den Kondensationskühler gefördert
wird.
In der Wirkungsweise unterscheidet sich die verdampfungsge
kühlte Verbrennungskraftmaschine 1 aus dieser Figur nicht von
den bisher beschriebenen.
Die in Fig. 5 dargestellte verdampfungsgekühlte Verbrennungs
kraftmaschine 1 weist einen Ausgleichsbehälter 4 auf, der
einstückig mit dem Befüllstutzen 15 ausgebildet ist. Mit
zunehmender Erwärmung des flüssigen Kühlmittels und beginnender
Dampfbildung steigt der Flüssigkeitspegel im Ausgleichsbe
hälter 4 von einer minimalen auf eine maximal zulässige Höhe.
Im Bereich der maximal zulässigen Höhe ist ein Schwimmer
ventil 4.2 angeordnet, das eine Durchbrechung in Richtung der
Atmosphäre bei Überschreitung eines maximal zulässigen Flüssig
keitspegels verschließt. Während der Aufwärmphase steigt der
Flüssigkeitspegel mit zunehmender Dampfbildung bis zu seinem
maximalen Wert an. Außerdem ist von hervorzuhebender Bedeutung,
daß die Befüllung des Kühlsystems besonders einfach möglich
ist. Wird der Befüllstutzen 15 bis zu einer maximalen Markierung
mit flüssigem Kühlmittel gefüllt, so ist trotzdem das erforder
liche Ausdehnungsvolumen innerhalb des Ausgleichsbehälters 4
garantiert. Die Handhabung eines derartigen Kühlsystems 2 ist
besonders einfach.
In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, das den vor
stehend beschriebenen ähnelt. Der Ausdehnungsbehälter 4, der
Befüllstutzen 15 sowie die Unterdruckdrossel 22 sind in diesem
Beispiel in eine Baueinheit zusammengefaßt und an Stelle des
Venturirohres gelangt eine zweite Kühlmittelpumpe 11.2 unmit
telbar im Bereich des Ausdehnungsbehälters 4 zur Anwendung. Die
Fahrzeuginnenraumheizung 12 ist in diesem Beispiel von flüs
sigem Kühlmittel durchströmt, das auf direktem Weg von der
Verbrennungskraftmaschine 1 über ein weiteres Thermostat
ventil 24 in die Fahrzeuginnenraumheizung 12 strömt.
Zusammenfassend ergibt sich, daß die verdampfungsgekühlte
Verbrennungskraftmaschine mit dem druckbeaufschlagbaren Kühl
system besonders gute Gebrauchseigenschaften aufweist. Der
Systemdruck und die Kühlmitteltemperatur sind unabhängig
voneinander regelbar bei Verwendung eines Venturirohres als
zweite Pumpvorrichtung kann die beispielsweise elektrisch
angetriebene Kühlmittelpumpe klein, kompakt und preiswert
ausgeführt sein, ohne daß sich Nachteile bezüglich der Ge
brauchseigenschaften ergeben würden.
Claims (9)
1. Verdampfungsgekühlte Verbrennungskraftmaschine, umfas
send ein druckbeaufschlagbares Kühlsystem, das von
einem Kühlmittel durchströmbar ist, mit zumindest einem
Kondensationskühler, zumindest einer Kühlmittelpumpe
und einem Ausdehnungsbehälter, wobei der Ausdehnungsbe
hälter mittels einer Verbindungsleitung an den Kühl
kreislauf angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausdehnungsbehälter (4) in Hauptströmungs
richtung (9) unmittelbar vor der Kühlmittelpumpe (11)
angeordnet ist, daß dem Kondensationskühler (3) ein
über einen Thermostat (6) zuschaltbarer Konvektions
kühler (7) zugeordnet ist, daß das flüssige Kühlmittel
vom Konvektionskühleraustritt und das Kondensat vom
Kondensationskühleraustritt in einer Zuleitung zur
Verbrennungskraftmaschine (1) in einem Knotenpunkt
zusammengeführt ist, daß im Bereich des Knotenpunktes
eine Pumpvorrichtung zur Förderung des Kühlmittels in
Hauptströmungsrichtung (9) angeordnet ist und daß in
Hauptströmungsrichtung (9) zwischen
Kondensationskühleraustritt und Pumpvorrichtung ein
Druckregelventil (10) angeordnet ist.
2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Pumpvorrichtung durch ein
Venturirohr (8) gebildet ist und daß in das Venturi
rohr (8) im Bereich des geringsten Durchtrittsquer
schnittes Kondensat einspeisbar ist.
3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Venturirohr (8) durch ein
T-förmiges Leitungsverbindungselement gebildet ist.
4. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ausdehnungsbehälter (4)
und ein mit einer Entlüftung versehene Befüll
stutzen (15) zu einer Baueinheit zusammengefaßt und
über eine Verbindungsleitung (21) flüssigkeitsleitend
aneinander festgelegt sind.
5. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß im in der Verbindungsleitung (21)
eine Drossel (22) angeordnet ist, die den Flüssigkeits
durchtritt vom Befüllstutzen (15) in Richtung des
Ausgleichsbehälters (4) begrenzt.
6. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ausdehnungsbehälter (4)
durch eine Trennmembran (23) in einen flüssiges
Kühlmittel enthaltenden Raum (16) und einen
Ausdehnungsraum unterteilt ist, daß der Ausdehnungsraum
über eine Entlüftungsöffnung mit der Atmosphäre
verbunden ist und daß die Trennmembran (23) nur durch
den Atmosphärendruck beaufschlagbar ist.
7. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Trennmembran (23)
während der Befüllung des Kühlsystems (2) mit flüssigem
Kühlmittel am unteren Todpunkt des Ausdehnungsbe
hälters (4) anlegbar ist.
8. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlsystem (2) eine
Fahrzeuginnenraumheizung (12) angeordnet ist und daß
die Fahrzeuginnenraumheizung in einer während der
bestimmungsgemäßen Verwendung der Verbrennungskraft
maschine nur mit Dampf gefüllten Zone des Kühl
systems (2) angeordnet ist.
9. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Kühlmittel im
Bereich des Zylinderkopfes (24) der Verbrennungskraft
maschine einspeisbar ist und daß die Verbrennungskraft
maschine als Abscheider ausgebildet ist.
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