DE2529376B2

DE2529376B2 - Brennkraftmaschine mit Einrichtung zum Aufheizen des KUhlflüssigkeitskreislaufes

Info

Publication number: DE2529376B2
Application number: DE2529376A
Authority: DE
Inventors: Wulf Dipl.-Ing. 7107 Bad Wimpfen Leitermann
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1975-07-02
Filing date: 1975-07-02
Publication date: 1978-08-24
Also published as: JPS526843A; FR2316436B1; US4095575A; DE2529376C3; GB1552920A; DE2529376A1; FR2316436A1; JPS5855351B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Flüssigkeitskreislauf, dessen Flüssigkeit bis zum Erreichen einer bestimmten Temperatur mittels eines thermostatisch gesteuerten Ventils (Kurz »Thermostat«) durch einen von heißen Abgasen beaufschlagten Wärmetauscher geführt wird. Mit solchen Einrichtungen kann sowohl die Flüssigkeit für den Kühlflüssigkeitskreislauf einer Brennkraftmaschine aufgeheizt werden, um ein schnelles Anwärmen der Brennkraftmaschine zu erreichen, als auch das Aufheizen einer Flüssigkeit vorgenommen werden, die zum Anwärmen des Saugrohres der Brennkraftmaschine vorgesehen ist.

Bei einer bekannten Brennkraftmaschine der beschriebenen Art (DE-OS 19 16 098) wird die Flüssigkeit bei einem unter der Betriebstemperatur liegenden Wert über einen an die Abgasanlage angeschlossenen Wärmetauscher geführt, wodurch die Flüssigkeit von den Abgasen Wärme aufnehmen kann und sich somit die Warmlaufzeit der Maschine bedeutend verkürzt. Bei steigender Temperatur wird die Flüssigkeit durch einen· im Flüssigkeitskreislauf angeordneten Thermostaten in zunehmender Menge über den Flüssigkeitskühler geleitet, wodurch sich die für den Betrieb der Brennkraftmaschine erforderliche Betriebstemperatur einstellt. Bei dieser Einrichtung verbleibt jedoch im Wärmetauscher eine Flüssigkeitsmenge, die sich nun stark aufheizt und infolgt der je nach Betriebszustand bestehenden mehr oder weniger offenen Verbindungen zum Flüssigkeitskreislauf auf diesen störend einwirken und zu einer zusätzlichen Belastung des Flüssigkeitskühlers führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der mit Sicherheit gewährleistet ist, daß sich im Wärmetauscher oberhalb einer bestimmten Temperatur keine Flüssigkeit befindet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wärmetauscher höher als das Flüssigkeitsniveau des Flüssigkeitskreislaufes angeordnet ist, das sich einstellt wenn der Flüssigkeitskreislauf durch den Wärmetauscher hindurch mittels des Thermostaten unterbunden ist.

Da der im Flüssigkeitskreislauf angeordnete Thermostat bei zunehmender Erwärmung der Flüssigkeit den Kreislauf des Wärmetauschers absteuert, sinkt der Flüssigkeitsstand bis zur vollständigen Entleerung des Wärmetauschers auf das Niveau des Flüssigkeitskreislaufes ab, so daß keine weitere Aufheizung der Flüssigkeit möglich ist Eine den Flüssigkeitskreislauf

is beeinträchtigende Belastung, wie zum Beispiel Dampfblasenbildung oder unerwünschte höhere Aufheizung der Flüssigkeit kann dadurch weitgehend vermieden werden.
Um den Wärmetauscher bei dem unterhalb der bestimmten Betriebstemperatur liegenden Wert ausreichend mit Flüssigkeit versorgen zu können, wird bei einer Brennkraftmaschine mit einem am Flüssigkeitskreislauf angeschlossenen Ausgleichsbehälter vorgeschlagen, daß das Volumen des Ausgleichsbehälters mindestens das Volumen des Flüssigkeitsbedarfs des Wärmetauschers aufweist. Mit dem hierdurch möglichen zusätzlichen Flüssigkeitsvorrat wird vermieden, daß die während der Kalt- bzw. Warmlaufphase vorübergeiiend durch den Wärmetauscher strömende Flüssigkeit dem Flüssigkeitskreislauf entzogen wird, so daß der Flüssigkeitsstand im Flüssigkeitskühler so wie in der Brennkraftmaschine erhalten bleibt

Zur Erzielung einer vollständigen Füllung des Wärmetauschers während der Kalt- bzw. Warmlaufphase ist weiterhin vorgesehen, daß die Rückflußleitung vom oberen Bereich des Wärmetauschers ausgeht und daß an der tiefsten Stelle des Wärmetauschers eine Ablaufleitung angeordnet ist, die einen kleineren Durchflußquerschnitt als die Rückflußleitung aufweist

to und die unterhalb des Flüssigkeitsniveaus in die Rückflußleitung mündet. Über die Ablaufleitung mit ihrem verhältnismäßig kleinen Querschnitt kann nach dem Absteuern des Wärmetauschers die aus der Anwärmphase stammende Restflüssigkeit in den Flüssigkeitskreislauf abgeführt werden. Außerdem kann über die Ablaufleitung eingedrungene Flüssigkeit aus dem Wärmetauscher ablaufen, da es sich nicht ganz vermeiden läßt, daß der Thermostat auch bei einer höheren Temperatur eine gewisse Flüssigkeitsmenge

so passieren läßt, so daß ein allmähliches Auffüllen des Wärmetauschers mit Flüssigkeit vermieden wird.

Mit dieser Anordnung kann ohne eine Änderung der Auslegung des Flüssigkeitskreislaufes eine schnelle Aufheizung der Flüssigkeit erzielt werden, ohne daß sich bei Betrieb der Maschine eine nachteilige Überhitzung der Flüssigkeit einstellt. Der besondere Vorteil der schnellen Aufheizung der Flüssigkeit besteht darin, daß auch bei niedrigen Temperaturen sowie in der Kaltlaufphase als auch im Kurzstreckenbetrieb eine Verminderung des Kaltverschleißes, eine Verbesserung der Abgaswerte und eine Senkung des Kraftstoffverbrauches erwartet werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, in der die Gesamtanordnung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Aufheizen des Flüssigkeitskreislaufes bei einer Brennkraftmaschine schematisch dargestellt ist.

Die Einrichtung zeigt eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine 1 teilweise im Schnitt, welche mit einem Verbrennungsverfahren arbeitet, das eine übliche gemischbildende Einrichtung 2 mit einem Saugrohr für die Zuführung von Frischgas, eine Zündkerze 3 und ein Auslaßkanal 4 für den Ausschub von verbrannten Gasen erforderlich macht Die Brennkraftmaschine 1 weist ferner von Flüssigkeit durchströmte Hohlräume 5 auf, um die infolge des Verbrennungsvorgangs auftretende Erwärmung der Brennkraftmaschine in bestimmten Grenzen halten zu können. Der Auslaßkanal 4 der Brennkraftmaschine 1 steht über ein Abgasrohr 6 mit einem über dem Flüssigkeitsniveau N des normalen Flüssigkeitskreislaufes angeordneten Wärmetauscher 7 in Verbindung, wobei der Wärmetauscher 7 im wesentlichen aus einer das Abgas führenden Kammer 8 und einer diese umgebende Kammer 9 besteht, die von Flüssigkeit durchströmt werden kann und an den Flüssigkeitskreislauf der Brennkraftmaschine 1 angeschlossen ist.

Der Flüssigkeitskreislauf der Brennkraftmaschine 1 besteht im einzelnen aus einer Leitung 10, die aus den die Flüssigkeit enthaltenden Hohlräumen 5 der Brennkraftmaschine 1 zu einem Thermostaten 11 führt, der wiederum über eine Leitung 12 mit einem Flüssigkeitskühler 13 verbunden ist. An den Flüssigkeitskühler 13 schließt sich eine Leitung 14 an, über welche die von einer Pumpe 15 umgewälzte Flüssigkeit wieder den Hohlräumen 5 der Brennkraftmaschine 1 zugeführt wird. Vom Thermostaten 11 zweigt eine parallel zum vorgenannten Flüssigkeitskreislauf angeordnete Zuflußleitung 16 ab, die in die Kammer 9 des Wärmetauschers 7 mündet. Aus der Kammer 9 führt eine Rückflußleitung 17 heraus und mündet in die Leitung 14, die mit der Saugseite der Pumpe 15 verbunden ist. An die aus dem Wärmetauscher 7 herausführenden Rückflußleitung 17 ist ein Ausgleichsbehälter 18 angeschlossen, der den Flüssigkeitsinhalt des Wärmetauschers 7 aufnehmen kann und einen Einfüllstutzen 19 aufweist, der über dem Flüssigkeitsniveau N liegt. Der Ausgleichsbehälter 18 ist sowohl an seiner Unterseite über eine Leitung 20 als auch in dem über dem Flüssigkeitsniveau N liegenden Bereich über eine Ausgleichsleitung 21 mit der Rückflußleitung 17 verbunden. An der tiefsten Stelle des Wärmetauschers 7 ist außerdem eine Ablaufleitung 22 angeschlossen, die im Bereich der Leitung 20 an der Unterseite des Ausgleichbehälters 18 in die Rückflußleitung 17 einmündet.

Die vorgeschlagene Einrichtung zum Aufheizen der Flüssigkeit funktioniert folgendermaßen, wobei die Zeichnung die Brennkraftmaschine im Ruhezustand zeigt, in welchem die Flüssigkeit das übliche Flüssigkeitsniveau N einnimmt. Mil der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine 1 wird gleichzeitig die Pumpe 15 in Tätigkeit gesetzt, so daß die Flüssigkeit in Pfeilrichtung aufgrund der den Flüssigkeitsstrom beeinflussenden Stellung des Thermostaten 11 über die Zuflußleitung 16 zunächst in die Kammer 9 des Wärmetauschers 7 gelangt Über die Rückflußleitung 17 sowie die Leitung 14 strömt die Flüssigkeit darauf unmittelbar wieder in die Brennkraftmaschine 1 zurück. Da sich in diesem

ίο Betriebszustand infolge des Füllvorganges des Wärmetauschers das Flüssigkeitsniveau N in der Rückflußleitung 17 senkt, fließt aus dem Ausgleichsbehälter 18 über die Leitung 20 diejenige Flüssigkeitsmenge zur Ergänzung und Speisung in diesen Flüssigkeitskreislauf ab, die dem Volumen des oberhalb des Flüssigkeitsniveaus N liegenden Wärmetauschers 7 entspricht Die den Wärmetauscher 7 durchströmende Flüssigkeit nimmt von der sich durch die Abgase erwärmenden Kammer 8 sehr rasch Wärme auf, die sich aufgrund des von der Zuflußleitung 16 und Rückflußleitung 17 geschlossenen Kurzschluß-Flüssigkeitskreislaufes direkt auf die Brennkraftmaschine 1 überträgt und deren Betriebstemperatur verhältnismäßig schnell erhöht. Die Ablaufleitung 22, die zwischen dem Wärmetauscher 7 und der Rückflußleitung 17 bzw. dem Ausgleichsbehälter 18 angeordnet ist, läßt mit ihrem geringen Querschnitt nur eine kleine Flüssigkeitsmenge passieren, die sich nicht störend auf diesen Kurzschlußkreislauf auswirkt Infolge der ansteigenden Betriebstemperatur öffent der Ther-

jo mostat 11 den Durchfluß zur Leitung 12, wodurch ein Teil der Flüssigkeit nunmehr in gestrichelter Pfeilrichtung auch über den Flüssigkeitskühler 13 fließt, bis der Thermostat 11 nach Erreichen der Betriebstemperatur den Zufluß zur Zuflußleitung 16 und zum Wärmetau-

j5 scher 7 ganz abschließt und den Flüssigkeitsstrom völlig in die Leitung 12 lenkt

Durch die Verminderung und die Unterbrechung des Flüssigkeitszuflusses tritt über die Ablaufleitung 22 eine Entleerung des Wärmetauschers 7 ein, so daß keine

α u Aufheizung der Flüssigkeit mehr stattfindet. Evtl. verbleibende oder durch den Thermostaten 11 dringende geringe Flüssigkeitsmengen fließen ebenfalls über die Ablaufleitung 22 in die Rückflußleitung 17 ab, so daß im Wärmetauscher 7 keinerlei Flüssigkeit verbleibt und somit keine zusätzliche Wärme an den Flüssigkeitskreislauf abgegeben wird. Mit der Entleerung des Wärmetauschers 7 füllt sich im entsprechenden Maße wieder der Ausgleichsbehälter 18 bis zum Flüssigkeitsniveau Λ/auf, wobei die Ausgleichleitung 21 den Zweck hat, daß sich im Ausgleichbehälter 18 keine Druckunterschiede bilden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1
Patentansprüche:

ί. Brennkraftmaschine mit einem Flüssigkeitskreislauf, dessen Flüssigkeit bis zum Erreichen einer bestimmten Temperatur mittels eines thermostatisch gesteuerten Ventils durch einen von heißen Abgasen beaufschlagten Wärmetauscher geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (7) höher als das Flüssigkeitsniveau (N) des Flüssigkeitskreislaufes angeordnet ist, das sich einstellt, wenn der Flüssigkeitskreislauf durch den Wärmetauscher (7) hindurch mittels des thermostatisch gesteuerten Ventils (11) unterbunden ist

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 mit einem am Flüssigkeitskreislauf angeschlossenen Ausgleichsbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Ausgleichbehälters (18) mindestens das Volumen des Flüssigkeitsbedarfs des Wärmetauschers (7) aufweist

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückflußleitung (17) vom oberen Bereich des Wärmetauschers (7) ausgeht und daß an der tiefsten Stelle des Wärmetauschers (7) eine Ablaufleitung (22) angeordnet ist, die einen kleineren Durchflußquerschnitt als die Rückflußleitung (17) aufweist und die unterhalb des Flüssigkeitsniveaus (N) in die Rückflußleitung (17) mündet.