DE4224862C2 - Verdampfungskühlsystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verdampfungskühlsystem nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.

Aus der DE 37 00 494 C2 ist ein gattungsgemäßes Verdampfungskühlsystem be­ kannt. Der Ausgleichsbehälter ist mit einer Leitung mit dem Kühlraum des Motors verbunden. In dieser Leitung ist eine Kühlmittelpumpe angeordnet, die von einem im Kühlmittelraum des Motors angeordneten Pegelsensor gesteuert wird. Der bau­ liche Aufwand ist bei diesem System verhältnismäßig hoch.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verdampfungskühlsystem der eingangs genann­ ten Art derart weiterzubilden, daß es mit wenig Bauteilen auskommt.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Kühlsystem durch die kennzeich­ nenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Aufgrund dieser Lösung ist es möglich, auf den bekannten Dampfabscheider sowie die Kühlmittelpumpe zu ver­ zichten, da aufgrund der Lage und Anordnung der Stichleitung zwischen dem Ausgleichsbehälter und dem eigentlichen Kühlsystem sichergestellt ist, daß zum einen nicht benötigtes Kühlsystem im Ausgleichsbehälter deponiert wird und an­ dererseits benötigtes Kühlmittel selbsttätig aus dem Ausgleichsbehälter abgesaugt wird. Im bzw. am Kondensator wird hierbei kein Kondensatsammelbehälter vorge­ sehen, so daß dieser ebenfalls klein er gestaltet werden kann. Durch die Reduzie­ rung der Bauteile und dem vollständigen Wegfall elektronischer/elektrischer Regel- bzw. Steuerkreise wird ein sehr einfach aufgebautes Kühlsystem erzielt, was sich besonders - aufgrund der geodätischen Höhenlagen der einzelnen Bauteile - für liegende Brennkraftmaschinen eignet, wie sie beispielsweise bei Motorrädern ein­ gesetzt werden. Dadurch wird ein sehr sicher arbeitendes Kühlsystem erzielt, was auch härtesten Beanspruchungen genügt. Daneben werden die allgemeinen Vor­ teile eines Verdampfungskühlsystems, wie verringerte Kühlmittelmenge, schnelle­ res Erreichen der Betriebstemperatur und damit geringerer Kraftstoffverbrauch und auch geringere Abgaswerte - beibehalten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angege­ ben.

Die Weiterbildung nach Anspruch 2 empfiehlt sich immer dann, wenn Einbau­ probleme mit einem einzigen Kondensator auftreten. Vorteilhaft kann diese Lösung auch bei Motorrädern angeordnet werden.

Je nach Wärmeanfall in der Brennkraftmaschine kann es ausreichen, nur ein klei­ nes Kühlgebläse oder bei zwei Kondensatoren nur einen Kondensator mit einem Kühlgebläse zu versehen. Dieses Kühlgebläse wird dann temperaturgesteuert ge­ schaltet, was bei elektrisch angetriebenen Kühlgebläsen problemlos möglich ist. Dies ist dann die einzige elektrische bzw. elektronische Steuerung am Kühlkreis.

Die Ansprüche 4 und 5 beschreiben die Anordnung und den Aufbau der Über­ druck-/Unterdruckventile. Hierbei hat sich ein Öffnungsdruck des Überdruckventils von 0,2 bar als ausreichend erwiesen.

Die Weiterbildung nach Anspruch 6 beschreibt bevorzugte Volumina für den Aus­ gleichsbehälter. Bei kalter Maschine ist der Ausgleichsbehälter nur minimal gefüllt, nämlich so weit, daß die Stichleitung auf Höhe des Kühlmittelstandes des Aus­ gleichsbehälters mündet. Da Dampfblasen ein wesentlich größeres Volumen bean­ spruchen als Kühlmittel, wird mit steigender Belastung Kühlmittel in den Aus­ gleichsbehälter ausgeschoben und dort zwischengelagert, bis die Belastung im Motor und damit der Dampfanteil wieder sinkt. Dementsprechend ist das Volumen des Ausgleichsbehälters auszulegen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

In der einzigen Abbildung ist schematisch das erfindungsgemäße Verdampfungs­ kühlsystem anhand einer liegenden Brennkraftmaschine perspektivisch dargestellt.

Mit 1 ist die Brennkraftmaschine bezeichnet, die in diesem Fall liegend angeordnet ist. Sie besitzt im Zylinderkopf und im Zylinderkurbelgehäuse Kühlmittelräume, die mit einem flüssigen, verdampfungsfähigen Kühlmittel 2 zum Teil gefüllt sind. Die nicht mit Kühlmittel gefüllten Bereiche 3 dienen als Dampfraum. Aus diesen Be­ reichen 3 führt die Verbindungsleitung 4 zu zwei symmetrisch angeordneten Kon­ densatoren 5 und 6, die luftgekühlt sind. Die Kondensatoren sind oberhalb des Kühlmittelstandes, der sich bei kalter Brennkraftmaschine einstellt, angeordnet. Jeder Kondensator ist mit einem temperaturgesteuerten, elektrisch angetriebenen Kühlluftgebläse 7 ausgestattet, von dem im vorliegenden Beispiel nur eins darge­ stellt ist. Die Verbindungsleitung 4 mündet im höchsten Punkt der Kondensatoren 5 und 6. Zum Befüllen des Systems weist der Kondensator 6 einen Einfüllstutzen 15 auf.

Der tiefste Punkt der Kondensatoren 5 und 6, der ebenfalls oberhalb des Kalt­ wasser-Kühlmittelstandes liegt, ist über eine Rücklaufleitung 8 mit dem tiefsten Punkt der Kühlmittelräume in der Brennkraftmaschine 1 verbunden.

Abzweigend vom tiefsten Punkt der Kondensatoren 5 und 6 ist eine Stichleitung 9 zu einem Ausgleichsbehälter 10 vorgesehen. Der Ausgleichsbehälter 10 weist eine Kaltwassermarke 11 auf, bis zu der bei kaltem Motor Kühlmittel eingefüllt ist.

Der Mündungsabschnitt 12 der Stichleitung 9 endet auf Höhe der Kaltwassermarke 11, wobei die Stichleitung 9 als Saugleitung ausgebildet ist. Der Kühlmittelstand liegt auch hier bei kalter Brennkraftmaschine oberhalb des Kühlmittelstandes innerhalb der eigentlichen Brennkraftmaschine.

Der Ausgleichsbehälter 10 ist mit einem Deckel 13 verschlossen, in dem - nicht dargestellt - ein Überdruck- und ein Unterdruckventil angeordnet sind. Beide Ven­ tile führen von bzw. zu der Atmosphäre über eine Leitung 14.

Das System arbeitet wie folgt:
Bei kalter Brennkraftmaschine 1 sind die Kühlmittelräume bevorzugt bis zur Hälfte mit Kühlmittel 2 gefüllt. Die übrigen Bereiche 3 sind als Dampfraum ausgebildet, also bei kalter Maschine mit Luft gefüllt. Aufgrund der Anordnung der Rücklauflei­ tung 8 ist diese ebenfalls teilweise mit Kühlmittel befüllt. Ebenfalls bis zur Kaltwas­ sermarke 11 befüllt ist der Ausgleichsbehälter 10 mit Kühlmittel.

Nach dem Start der Brennkraftmaschinen erfolgt deren Erwärmung und damit auch die Wärmeabgabe an das Kühlmittel 2. Dadurch erwärmt sich dieses ebenfalls und bildet - je nach Intensität der Wärmezufuhr - mehr oder weniger Dampfblasen. Da die Dampfblasen ein größeres Volumen beanspruchen, wird aus der Rücklauf­ leitung 8 flüssiges Kühlmittel in die Stichleitung 9 und damit in den Ausgleichs­ behälter 10 gedrückt. Gleichzeitig steigen Dampfblasen aus dem Bereich 3 in die Verbindungsleitung 4 und von dort in die beiden Kondensatoren 5 und 6, wo sie unter Wärmeabgabe wieder zu Kühlmittel kondensieren. Sie gelangen dann wieder in die Rücklaufleitung 8 bzw. über die Stichleitung 9 in den Ausgleichsbehälter 10. Die in der Verbindungsleitung 4 sowie in den Kondensatoren 5 und 6 bei kalter Maschine vorhandene Luft wird ebenfalls über die Rücklaufleitung 8 und die Stichleitung 9 in den Ausgleichsbehälter 10 gedrückt. Nach Überschreiten des Öff­ nungsdruckes des Überdruckventils wird sie in die Umgebung ausgeschoben.

Je nach Belastung der Brennkraftmaschine und damit je nach Wärmeanfall wird der Ausgleichsbehälter 10 mehr oder weniger mit Kühlmittel gefüllt, das aus der Brennkraftmaschine 1 verdrängt wurde. Der Ausgleichsbehälter 10 ist deshalb in seinem Volumen so ausgelegt, daß er bei höchster Belastung der Brennkraft­ maschine 1 bei angenommener höchstmöglicher Außentemperatur das gesamte verdrängte Kühlmittel aufnehmen kann.

Die Ventile in dem Deckel 13 haben hierbei die Aufgabe, das Befüllen des Aus­ gleichsbehälters mit Kühlmittel während des Betriebes und sein Entleeren zu ge­ statten, d. h. beim Befüllen mit Kühlmittel nach Überschreiten des eingestellten Überdruckes die Luft entweichen zu lassen und zum Entleeren Luft wieder nach­ strömen zu lassen.

Claims (6)

1. Verdampfungskühlsystem für eine Brennkraftmaschine mit einem Kühl­ mantel, der nur zum Teil mit flüssigem Kühlmittel gefüllt ist, mindestens einem Kondensator, dessen tiefster Punkt oberhalb des höchstzulässigen Kühlmittelstandes in der Brennkraftmaschine liegt, mit einer Verbindungs­ leitung vom höchsten Punkt des Kühlmittelraumes zum Kondensator und einer Rücklaufleitung vom Kondensator zum tiefsten Punkt im Kühlmittel­ raum der Brennkraftmaschine sowie einem Ausgleichsbehälter, der in das Kühlsystem eingebunden ist und Kühlmittel enthält, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
Der Ausgleichsbehälter (10) ist über eine Stichleitung (9) an die Rücklauf­ leitung (8) angeschlossen, die Stichleitung (9) mündet in den Ausgleichs­ behälter (10) als Saugleitung mit einem aufsteigenden Mündungsabschnitt (12), die Mündung der Stichleitung (9) im Ausgleichsbehälter (10) befindet sich oberhalb des höchstens Wasserstandes im Kühlmittelraum bei kalter Brennkraftmaschine (1), bis zur Mündung der Stichleitung (9) ist der Aus­ gleichsbehälter (10) bei kalter Brennkraftmaschine (1) mit Kühlmittel (2) gefüllt.

2. Verdampfungskühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kondensatoren (5, 6) parallel geschal­ tet vorgesehen sind.

3. Verdampfungskühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Kühlluftgebläse (7) für einen Kondensator (5 oder 6) vorgesehen ist.

4. Verdampfungskühlsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsbehälter (10) über ein Über­ druckventil und ein Unterdruckventil mit der Atmosphäre verbunden ist.

5. Verdampfungskühlsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile als Rückschlagventile ausgebil­ det sind.

6. Verdampfungskühlsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Ausgleichsbehälters (10) etwa dem 1- bis 1,5-fachen Volumen der Kühlmittelmenge in der Brenn­ kraftmaschine (1) entspricht.