DE4331396C1 - Zyklondampfabscheider für Verdampfungskühlsysteme von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des ersten Anspruchs angegebenen Art.

Ein gattungsgemäßer Dampfabscheider ist aus der DE-PS 7 10 819 bekannt. Er weist zwei Kühlmittelauslaßstutzen auf, von denen der eine mit dem Kühlkreislauf verbunden ist und der andere mit einem Vorratsbehälter. Um zu ver­ hindern, daß in den Vorratsbehälter Dampf eintritt, ist am Eingang der zum Vorratsbehälter führenden Kühlmittel­ leitung ein Ventil vorgesehen, das erst dann öffnet, wenn genügend Kühlmittel vorgelagert ist.

Daneben ist ein anderer Zyklondampfabscheider in der älteren, nicht vorveröffentlichten DE 42 31 845 A1 be­ schrieben.

Er wird angewendet in Verdampfungskühlsystemen, bei denen bei kalten Kühlmitteln neben den Kühlräumen der Brennkraftmaschine auch die Vorlauf- und Rücklaufleitung sowie der Kondensator vollständig mit Kühlmittel gefüllt sind. Dementsprechend ist auch der Dampfabscheider mit Kühlmittel gefüllt. Erwärmt sich das Kühlmittel und bildet sich Dampf, so verdrängt das sich ausdehnende Kühlmittel in der Brennkraftmaschine das flüssige Kühlmittel aus dem Kondensator in einen Ausgleichsbehälter.

Diese Anordnung hat sich in der Praxis bewährt, nachteilig ist jedoch hierbei, daß Steuerschaltungen vorgesehen werden müssen, um die Kühlmittelpumpe bei kaltem Kühlmittel abzuschalten, damit sie nicht das Kühlmittel während der Warmlaufphase durch den Kondensator pumpt, wodurch es gekühlt wird. Sinn und Zweck eines Ver­ dampfungskühlsystemes ist es ja gerade, möglichst schnell die Siedetemperatur des Kühlmittels zu erreichen, um die Warmlaufphase der Brennkraftmaschine zu verkürzen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Ver­ dampfungskühlsystem der genannten Art auf eine spezielle Steuerschaltung für die Kühlmittelpumpe verzichten zu können, ohne daß dadurch die Warmlaufphase verlängert wird.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Aufgrund eines derartig aufgebauten Zyklondampfab­ scheiders ist es möglich, die Kühlmittelpumpe beim Start der Brennkraftmaschine einzuschalten und eingeschaltet zu lassen während ihres weiteren Laufes, ohne daß Kühlmittel durch den Kondensator umgepumpt wird. Solange nämlich der Dampfabscheider vollständig mit flüssigem Kühlmittel ge­ füllt ist, verschließt das schwimmergesteuerte Ventil den Dampfauslaßstutzen, so daß der Kondensator vom Kühlkreis­ lauf abgetrennt ist. Bildet sich Dampf und wird dieser in den Zyklondampfabscheider geleitet, so verdrängt er das sich dort befindliche flüssige Kühlmittel. Dadurch kann der Schwimmer absinken und den Dampfauslaßstutzen freige­ ben.

Die Weiterbildungen nach den Ansprüchen 2 bis 6 beschrei­ ben vorteilhafte Ausgestaltungen des Zyklondampfab­ scheiders.

So hat beispielsweise die Weiterbildung nach Anspruch 2 den Vorteil, daß der Schwimmer keine zusätzlichen Füh­ rungselemente benötigt, sondern am Außenumfang des Dampfaustrittsstutzens geführt werden kann.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 3 wird der Vorteil erzielt, daß der spezifisch leichtere Dampf beim Absinken des Flüssigkeitsstandes im Schwimmer sofort auf seine dem Ventil abgewandte Rückseite strömen kann, so daß er so­ fort reagieren kann.

Die Weiterbildung nach Anspruch 6 weist den Vorteil auf, daß beim Abkühlen des Kühlmittels und einer Wiederbefüllung der dampfführenden Räume mit flüssigem Kühlmittel der Schwimmer sofort hochsteigen kann, damit die Dampfauslaßöffnung verschlossen werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der einzigen Ab­ bildung ist ein Querschnitt durch einen erfindungsgemäß aufgebauten Zyklondampfabscheider 1 dargestellt. Er weist ein trichterförmiges Gehäuse auf, in das ein Kühlmittel- /Dampfeinlaßstutzen 2 mündet. Mit 3 ist ein Kühlmittel­ auslaßstutzen und mit 4 ein Dampfauslaßstutzen bezeich­ net. Der Dampfauslaßstutzen ist innerhalb des Zyklon­ dampfabscheiders verlängert, und zwar bis nahezu zur Un­ terkante des Kühlmittel-/Dampfeinlaßstutzens 2.

Innerhalb des Zyklon­ dampfabscheiders 1 und oberhalb des Einlaßstutzens 2 ist ein Schwimmer 5 angeordnet, der auf dem Außenumfang des Dampfauslaßstutzens 4 geführt ist. Der Schwimmer 5 ist mit einem Führungsrohr 6 verbunden, das an seinem unteren freien Ende einen Ventilkörper 7 trägt. Der Ventilkörper 7 ist als Strömungskörper ausgebildet und wirkt mit der unteren Einlaßöffnung 8 des Dampfauslaßstutzens 4 zusammen.

In dem gewählten Beispiel sitzt der Schwimmer 5 auf einem Anschlag 9 auf, der am Umfang des Einlaßstutzens 2 gebil­ det ist. In dieser Stellung ist das Ventil 7 geöffnet. Eine Strömungsverbindung vom Einlaßstutzen 2 zum Dampf­ auslaßstutzen 4 wird über Durchbrechungen 10 sicherge­ stellt, die am Außenumfang des Führungsrohres 6 ange­ ordnet sind.

Eine Entlüftungsbohrung 11 stellt eine Strömungsverbin­ dung zwischen dem Inneren des Dampfauslaßstutzens 4 und dem Raum 12 innerhalb des Dampfabscheiders dar, der sich oberhalb des Schwimmers 5 in der gezeigten Darstellung befindet.

Über Umfangsausnehmungen 13 am Schwimmer 5 ist dieser Raum 12 zusätzlich mit dem unteren Bereich des Zyklon­ dampfabscheiders 1 verbunden.

Der hier beschriebene Zyklondampfabscheider 1 kann bei­ spielsweise in ein Verdampfungskühlsystem gemäß der DE 42 31 846 A1 eingebaut werden.

Im folgenden wird seine Funktion beschrieben.

Bei kalter Brennkraftmaschine ist das gesamte Kühlsystem mit flüssigem Kühlmittel gefüllt. Dementsprechend ist auch in dem Kühlmittel-/Dampfeinlaßstutzen 2 sowie im ge­ samten Zyklondampfabscheider 1 flüssiges Kühlmittel vor­ handen. In diesem Betriebszustand befindet sich der Schwimmer 5 in seiner höchsten Position. Dies bedeutet, daß der Ventilkörper 7 mit der Eintrittsöffnung 8 des Dampfstutzens zusammenwirkt und diesen abdichtet. Gleichzeitig ist von dem Schwimmer die Entlüftungsbohrung 11 verschlossen. So­ mit kann bei dem Verdampfungskühlsystem ein Kühlmittelum­ lauf nur von dem Kühlmittel-/Dampfeinlaßstutzen 2 zum Kühlmittelauslaßstutzen 3 stattfinden. Der an dem Dampf­ auslaßstutzen 4 angeschlossene Kondensator ist vom Kühl­ kreis abgekoppelt.

Beginnt das Kühlmittel in der Brennkraftmaschine zu sie­ den und wird infolgedessen ein Flüssigkeitsdampfgemisch in den Zyklondampfabscheider 1 geleitet, so wird das dort befindliche Kühlmittel aufgrund der Druckerhöhung ver­ drängt von dem Dampf, der - da spezifisch leichter - über die Ausnehmungen 13 in den Bereich 12 strömt. Mit sinken­ dem Kühlmittelstand sinkt der Schwimmer ab, so daß der Ventilkörper 7 öffnen kann und über die Durchtrittsöffnungen 10 der Dampf in den Dampfauslaßstutzen 4 eintreten kann. Gleichzeitig wird ein Druckausgleich über die Entlüf­ tungsbohrung 11 zwischen dem Raum 12 und dem Inneren des Dampfauslaßstutzen 4 hergestellt.

Dieser Betriebszustand ist in der Abbildung gezeigt. Er bleibt so lange aufrechterhalten, bis sich das Kühlmittel wieder abzukühlen beginnt im Kühlkreis und damit die vor­ her dampfgefüllten Räume wieder vom flüssigen Kühlmittel ausgefüllt werden können. In diesem Fall verschließt mit steigendem Kühlmittel stand im Zyklondampfabscheider 1 der Schwimmer 5 über den Ventilkörper 7 wieder den Dampfauslaß­ stutzen 4.

Claims (6)

1. Zyklondampfabscheider für Verdampfungskühlsysteme von Brennkraftmaschinen mit trichterförmiger Ge­ stalt, mit einem am Umfang mündenden Kühlmittel- /Dampfeinlaßstutzen, einem am Trichterhals ange­ ordneten Kühlmittelauslaß sowie einem gegenüber­ liegend zum Kühlmittelauslaß angeordneten Dampfaus­ laßstutzen, der nach innerhalb des Zyklondampfabscheiders verlängert ist und mit einem einen Auslaßstutzen steuernden Schwimmerventil, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfauslaßstutzen (4) bis fast unterhalb der Unterkante des Kühl­ mittel-/Dampfeinlaßstutzens (2) verlängert ist, und daß das Schwimmerventil einen die Eintrittsöffnung (8) des Dampfauslaßstutzens (4) steuernden Ventilkörper (7) aufweist, der über einen oberhalb des Kühlmittel-/Dampfeinlaßstutzens (2) angeordneten Schwimmer (5) gesteuert wird.

2. Zyklondampfabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer (5) kreisringförmig ausgebildet ist und auf dem Außenumfang des Dampfauslaßstutzens (4) geführt ist.

3. Zyklondampfabscheider nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer (5) an seinem Umfang axial verlaufende Ausnehmungen (13) aufweist.

4. Zyklondampfabscheider nach einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (7) als Strömungskörper ausgebildet ist, der über ein ge­ lochtes (Durchbrechungen 10) Führungsrohr (6) mit dem Schwimmer (5) verbunden ist.

5. Zyklondampfabscheider nach einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Außenumfang des Kühlmittel-/Dampfeinlaßstutzens (2) ein Anschlag (9) für den Schwimmer (5) vorgesehen ist.

6. Zyklondampfabscheider nach einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Dampfauslaß­ stutzen (4) eine Entlüftungsbohrung (11) vorgesehen ist, die sich innerhalb des Zyklondampfabscheiders (1) befindet und bei geschlossenem Ventilkörper (7) von dem Schwimmer (5) verdeckt ist.