DE3504038A1

DE3504038A1 - Zwischenkuehleranordnung fuer einen aufgeladenen verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE3504038A1
Application number: DE19853504038
Authority: DE
Inventors: Yoshimasa Kamakura Hayashi; Yoji Tokio/Tokyo Itoh
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1984-02-07
Filing date: 1985-02-06
Publication date: 1985-08-14
Also published as: JPS60164614A; JPH0534490B2; US4563983A; DE3504038C2

Description

Zwischenkühleranordnung für einen aufgeladenen Verbrennung smotor

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Zwischenkühler für einen aufgeladenen Verbrennungsmotor und genauer einen Zwischenkühler, welcher in die Motor-Kühlanlage integriert ist,und wobei es dem Kühlmittel sowohl in der Motorkühlanlage als auch dem Zwischenkühler gestattet ist, zu kochen (d.h. seine latente Verdampfungswärme zu absorbieren) und der Dampf als Träger verwendet wird, um Wärme von beiden Anordnungen abzuziehen.

Um die Motorleistung zu verbessern, werden Auflader, insbesondere abgasgetriebene Turbolader, oft an Verbrennungsmotoren angebracht. Diese Einrichtungen verbessern zwar die Motorleistung, treffen aber auch dahingehend auf Nachteile, daß die Temperatur der in die Zylinder geleiteten Ladeluft infolge der Verdich-

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tung zunimmt (oft bis zu einer Höhe von 150 bis 170⁰C), was die Luftdichte verringert und somit die Ladewirkung verringert und dazu führt, (bei Ottomotoren) das Klopfen einzuleiten.

Um das letzterwähnte Problem zu lösen, ist es üblich, den Zündzeitpunkt zu verspäten oder das Verdichtungsverhältnis zu senken. Dies führt allerdings zur Verringerung der Motorleistungsabgabe. Dementsprechend wurde vorgeschlagen, einen Zwischenkühler zwischen dem Aufladeverdichter und den Motorzylindern anzuordnen, um die Temperatur der eingeleiteten Aufladung zu verringern.

Fig. 1 der Zeichnungen zeigt ein erstes Beispiel einer bereits früher vorgeschlagenen Zwischenkühleranordnung. Diese Anordnung (offenbart in der Japanischen Veröffentlichung "Jidosha Kogaku", Bd. 32, Nr. 9, S. 86 bis 88, veröffentlicht im September 1983) verwendet einen luftgekühlten Wärmeaustauscher 101, der, wie gezeigt, am vorderen Ende des Fahrzeugs 102 angeordnet ist, so daß er einer geeigneten Luftströmung ausgesetzt ist, sowie mit einem Abstand vom Motor selbst. Eine solche Anordnung erhöht zwar nicht übermäßig die Gedrängtheit des Motorraumes oder des Motorabteils und ist gleichzeitig einem kräftigen, natürlichen Luftzug während der Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs ausgesetzt, leidet aber unter dem Nachteil, daß übermäßig lange Leitungen 104, 106 erforderlich sind, um die Luft vom Verdichter des Turboladers 108 zum Wärmeaustauscher 101 und wieder zurück zum Ansaugkrümmer 110 des Motors zu leiten. Diese langen Leitungen 104, 106 erzeugen natürlich einen Strömungswiderstand, der den Ladewirkungsgrad verringert und die Konstruktion des vorderen Endes des Motorabteils kompliziert.

Fig. 2 zeigt eine zweite Zwischenkühleranordnung aus

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dem Stand der Technik, bei welcher zum Umgehen des Erfordernisses für lange Luftleitungen mit verhältnismäßig großem Durchmesser, wie sie bei der oben offenbarten Anordnung verwendet werden, ein wassergekühlter Wärmeaustauscher 201 verwendet wird. Diese Anordnung hat jedoch unter den Nachteilen gelitten, schwer zu sein (infolge der Verwendung einer verhältnismäßig großen Menge an hierin verwendetem flüssigem Kühlmittel) und dem Erfordernis, eine Kühlmittel-Umwälzpumpe 202 zu verwenden, um das erwärmte flüssige Kühlungsmittel (üblicherweise Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und Gefrierschutzmittel) vom Wärmeaustauscher 201 zu einem Kühler 204 und wieder zurück zu bewegen. Bei der dargestellten Anordnung wird die Wirkung der Kühlmittel-Umwälzpumpe 202 in Abhängigkeit von einer auf Temperatur ansprechenden Ventilanordnung 206 gesteuert, die im Wärmeaustauscher 201 angeordnet ist. Trotz dieser Steuermaßnahme verbraucht jedoch die fremdgetriebene Pumpe 202 ein unerwünschtes Maß an Motorleistung.

Die erste vorläufige Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung Nr. 56-146417 offenbart eine Anordnung, in welcher zum Ausräumen des Erfordernisses für einen zusätzlichen, kosten- und gewichtsteigernden Kühler, wie die Nummer 204, der in der in Fig. 2 gezeigten Anordnung verwendet ist, eine Anlage vorgesehen ist, in welcher der Motorkühler verwendet ist, um das Kühlmittel zu kühlen, das durch den flüssigkeitsgekühlten Wärmeaustauscher umläuft, wie auch jenes, das durch den Motor-Kühlmantel umläuft. Bei dieser Anordnung ist jedoch das Kühlmittel, das im Wärmeaustauscher umläuft, heißer als in jenem Fall, in welchem ein eigener Kühler verwendet wird, und es wird somit der Wirkungsgrad des Zwischenkühlers verringert. Das heißt, bei dieser Anordnung ist, weil dat; flüssige Kühlmittel innerhalb der Motorkühlanlage auf etwa 70 bis 80⁰C (beispielsweise) ausgesteuert

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ist, der Temperaturunterschied zwischen der Einlaß- und Auslaßöffnung des Zwischenkühler-Wärmeaustauschers gering (beispielsweise 4°C), und deshalb muß eine große Menge an Kühlmittel hierdurch umgepumpt werden, um die gewünschte Kühlwirkung zu erreichen. Dies erhöht natürlich die Leistungsmenge, die von der Umwälzpumpe für das Zwischenkühler-Kühlmittel verbraucht wird.

!0 Es sollte auch vermerkt werden, daß, weil der Unterschied zwischen der Temperatur der Luft unmittelbar stromaufwärts und jener unmittelbar stromabwärts vom luftgekühlten Zwischenkühler ebenfalls verhältnismäßig gering ist, ein wirksamer Wärmeaustausch stark

!5 behindert ist.

Fig. 3 zeigt eine andere Art einer bereits früher vorgeschlagenen Zwischenkühleranordnung. Diese Anordnung ist in die Kühlanlage des zugeordneten Motors integriert. Bei dieser Anordnung wird ein Kühlmittel aus einem Vorratsbehälter 301 einem Wärmeaustauscher 302 zugeführt, welcher einen wesentlichen Teil des Zwischenkühlers 303 bildet, sowie einer Druckpumpe oder einem Verdichter 304. Das unter Druck gesetzte Strömungsmittel, das von der Pumpe 304 abgegeben wird, wird durch den Motorkühlmantel 305 hindurchgeleitet, um die vom Motor erzeugte Wärme aufzunehmen. Das resultierende Hochdruck-/Hochtemperaturgemisch aus einem siedenden Kühlmittel und Dampf wird zu einem Kondensator hin durch eine Strahlpumpe 30 7 mit variabler Düse ausgestoßen. Gleichzeitig absorbiert das flüssige Kühlmittel, das in den Zwischenkühler-Wärmeaustauscher 302 eingespeist wird, die Wärme aus der aufgeladenen Luft, welche durch den Zwischenkühler 303 hindurchströmt, und verdampft. Dieser Dampf wird von dem Wärmeaustauscher abgezogen und dem Kondensator 306 unter Einfluß der Venturidüsenwirkung zugeleitet, die durch das Ausstoßen des Hochtemperatur-/

* Hochdruck-Flüssigkeits-ZDampf-Gemisch erzeugt wird, welches aus der Strahlpumpe 307 mit variabler Düse ausgestoßen wird. Das verdampfte Kühlmittel wird in dem Kondensator 306 kondensiert und zum Vorratsbe-

^ halter 301 zurückgeleitet.

Bei dieser Anordnung sind jedoch ersthafte Nachteile dahingehend aufgetreten, daß der Verdichter 304 kostbare Motorausgangsleistung verbraucht, daß es sehr schwierig ist, die Temperaturen im System auf gewünschte Höhen mit irgendeinem Grad an Zuverlässigkeit auszusteuern, und daß das flüssige Kühlmittel, das dem Zwischenkühler-Wärmeaustauscher zugeführt wird, manchmal übermäßig erwärmt wird, so daß es einen überhitzten Dampf bildet, welcher die Wärmeaustauschwirkung des Zwischenkühlers absenkt. Ferner leitet infolge des Anhaltens des Motors die Kondensation des verdampften Kühlmittels im System einen unter dem Atmosphärendruck liegenden Unterdruck hierin ein, welcher danach trachtet, kontaminierende Luft in das System einzusaugen. Wenn das System erst einmal mit Luft kontraminiert ist, dann neigt es dazu, seine Wirkung infolge von isolierenden Lufttaschen und -blasen zu verlieren, welche wenig oder gar keine Wärme absorbieren können und welche unausweichlich Ihren Weg in den Kondensator des Systems finden. Zur weiteren Offenbarung bezüglich dieser Einrichtung wird auf "MOTOR TREND"¹ verwiesen, veröffentlicht in den USA im Juni 1983, und/oder auf die erste vorläufige Veröffentlichung ider japanischen Patentanmeldung Sho 56-146417 (1981).

Fig. 4 zeigt ein noch anderes Beispiel eines früher vorgeschlagenen Zwischenkühlers (offenbart in der ersten vorläufigen Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung Sho 57-46016, offengelegt am 16. März 1982). Bei dieser Anordnung wird flüssiges Kühlmittel

aus dem Motorkühler unter dem Einfluß der Schwerkraft in eine Wärmeaustauscheinrichtung 40 9 über ein Ventil 410 eingelassen. Dieses Ventil wird durch einen Flüssigkeitsstandsfühler 411 gesteuert, und zwar so, daß ein im wesentlichen konstanter Flüssigkeitsstand des flüssigen Kühlmittels innerhalb der Einrichtung aufrechterhalten bleibt. Die warme, aufgeladene Luft aus dem Turboladeverdichter C strömt über eine Anzahl im wesentlichen vertikal angeordneter Rohre oder Leitungen 412 hinweg oder um diese herum, die flüssiges Kühlmittel enthalten. Eine Vakuumpumpe 413 oder dergleichen, die durch einen Elektromotor 414 angetrieben ist (oder alternativ von einer mechanischen Verbindung mit der Motorkurbelwelle), wird verwendet, um den Druck innerhalb des mit Flüssigkeit gefüllten Abschnitts des Wärmeaustauschers 409 bis auf eine Höhe zu verringern, in welcher das Kühlmittel schon bei einer geeignet niedrigen Temperatur siedet. Der Kühlmitteldampf, der dem Wärmeaustauscher durch die Pumpe 413 entnommen wird, wird in die Leitung 415 abgegeben, die von dem Motorkühlmantel 416 zum Motorkühler 408 führt, und es wird dem Dampf gestattet, sich mit dem flüssigen Kühlmittel zu vermischen und im wesentlichen bei Atmosphärendruck zu kondensieren.

Diese Anordnung hat jedoch unter den Nachteilen gelitten, daß die Vakuumpumpe 413 verhältnismäßig groß und sperrig ist und wertvollen Platz im Motorraum sowie wertvolle Motorleistung verbraucht, und daß die Temperatursteuerung bezüglich dem Motorbetrieb (z.B. der Motorlast) nicht in Betracht gezogen ist.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Zwischenkühleranordnung für einen aufgeladenen, dampfgekühlten Motor vorzusehen, welche kompakt und leicht ist sowie sehr einfach in "dampfgekühlte" Motorkühlsysteme integriert werden kann.

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Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Zwischenkühleranordnung der oben erwähnten Art vorzusehen, welche synergistisch mit der lastabhängigen Temperatursteuerung der Motorkühlanlage zusammen-

wirkt, um die Aufladeeigenschaften sowohl unter hohen als auch niedrigen Motorlasten zu verbessern.

Die oben erwähnten Ziele werden, kurz gesagt, durch eine Anordnung erreicht, bei welcher ein Auflade-

*O Zwischenkühler und das Motorkühlsystem auf eine Weise integriert sind, daß es dem Kühlmittel in beiden Anordnungen gestattet ist, zu sieden, und daß der erzeugte Dampf in einem gemeinsamen Kühler kondensiert wird. Der Zwischenkühler ist so eingerichtet, daß er

¹^ ein flüssiges Kühlmittel aufweist, welches in ihn vom Kühler aus in Abhängigkeit von jenem Umstand eingepumpt wird, daß von Temperatur oder Druck der aufgeladenen Luft eine bzw. einer einen bestimmten Wert überschreitet, überschüssiges Kühlmittel, das in den Kühlmantel des Zwischenkühlers eingespeist wird, kann über eine überlaufleitung zurück zur Unterseite des Kühlers zurückströmen. Die Geschwindigkeit, mit welcher der Dampf aus beiden Anordnungen kondensiert wird, wird auf eine solche Weise gesteuert, daß der Druck innerhalb des Systems angehoben wird und daß der Siedepunkt des Kühlmittels während Betriebsarten mit niedriger Last erhöht wird, etwa der "Stadtfahrt", während der Druck und der Siedepunkt in Abhängigkeit vom Betrieb mit hoher Motordrehzahl bzw. -last abgesenkt wird. Wenn der Motor angehalten wird, dann wird das gesamte System mit dem flüssigen Kühlungsmittel auf eine solche Weise gefüllt, daß kontaminierende Umgebungsluft ausgeschlossen bleibt.

Die vorliegende Erfindung nimmt, genauer gesagt, die Form eines aufgeladenen Verbrennungsmotors an, welcher die folgenden Merkmale aufweist: einen Ver-

brennungsraum, einen Verdichter und eine Ansaugleitung, die vom Verdichter zum Verbrennungsraum führt und durch welche die Ladeluft vom Verdichter zum Verbrennungsraum hindurchtritt, und ist gekennzeichnet durch ein Kühlsystem, welches die folgenden Merkmale aufweist: ein erster Kühlmantel, der rund um jene Anordnung des Motors ausgebildet ist, die hohem Wärmefluß ausgesetzt ist, ein Kühler, in welchem Kühlmitteldampf bis zum Erreichen seiner flüssigen Form kondensiert wird, eine erste Dampfübertragungsleitung, die vom ersten Kühlmantel zum Kühler führt, eine Einrichtung zum Rückleiten des flüssigen Kühlmittels vom Kühler zum ersten Kühlmantel auf eine solche Weise, daß ^sie die Anordnung, die hohem Wärmefluß ausgesetzt ist, in flüssiges Kühlmittel eintaucht und einen Dampfsammeiraum innerhalb des ersten Kühlmittelmantels bildet, ein zweiter KBhlmittelmantel, der in wärmeaustauschender Zuordnung zur Ansaugleitung angeordnet ist, um die Luft zu kühlen, die durch die Ansaugleitung hindurchtritt, eine zweite Dampfübertragungsleitung, die vom zweiten Kühlmantel zum Kühler führt, und eine Pumpe, welche flüssiges Kühlmittel vom Kühler zum zweiten Kühlmantel pumpt, und zwar in Abhängigkeit von einem Fühler, der einen Parameter mißt, welcher sich mit dem Aufladen des Motors ändert.

Die Merkmale und Vorzüge der Anordnung der vorliegenden Erfindung werden deutlich durch die nachfolgende Beschreibung herausgestellt, welche im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen heranzuziehen ist, in welchen:

Fig. 1 bis 4 Kühleranordnungen aus dem Stand der

Technik zeigen, die in den einleitenden Teilen der vorliegenden Anmeldung erör

tert wurden,

Fig. 5 anhand des Motor-Drehmoments und der Motordrehzahl bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit die verschiedenen Belastungszonen zeigt, bei welchen ein Fahrzeugmotor veranlaßt wird, zu arbeiten,

Fig. 6 ein Diagramm ist, welches anhand des

Drucks und der Temperatur die Änderung zeigt, welche im Siedepunkt des Kühlmittels bei einer Änderung im Druck auftritt, Fig. 7 in schema ti schein Aufriß (teilweise geschnitten) ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 8 im Schnitt ein Beispiel eines Wärmeaus-

tauscheraufbaus zeigt, welcher bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel der

Erfindung verwendet wird, und

Fig. 9 ein Beispiel einer Schaltung zeigt, welche verwendet werden kann, um die verschiedenartigen Ventile und anderen elektrisch betätigten Einrichtungen zu

steuern bzw. zu regeln, die in der in Fig. 7 gezeigten Anordnung verwendet sind.

Bevor mit der Beschreibung des tatsächlichen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung fortgefahren wird, wird es für förderlich angesehen, zunächst das Grundkonzept zu erörtern, auf welchem die vorliegende Erfindung beruht.

Fig. 5 zeigt graphisch anhand des Motordrehmoments und der Motordrehzahl die verschiedenen Belastungsbereiche, welche bei einem Kraftfahrzeugmotor auftreten. In diesem Diagramm bezeichnet die Kurve F die Drehmomenteigenschaften bei voll geöffneter Drosselklappe, die Kurve L bezeichnet den Widerstand, der auftritt, wenn das Fahrzeug auf einer ebenen Oberfläche fährt, und die Bereiche I, II und III bezeichnen jeweils solche Bereiche, die als "Stadtfahrt¹¹**"Hoch-

geschwindigkeitsfahrt" und "Hochlastbetrieb" (z.B. Bergfahrt, Schleppen usw.) bezeichnet werden.

Eine geeignete Kühlmitteltemperatur für den Bereich I liegt in der Größenordnung von 120⁰C (beispielsweise) , während sie (beispielsweise) so wenig wie 90⁰C für die Bereiche II und III beträgt. Falls gewünscht, ist es möglich, das Kühlmittel bei etwa 100⁰C im Bereich II zum Sieden zu bringen.

Die hohe Temperatur während der "Stadtfahrt" fördert einen verbesserten Wärmewirkungsgrad und einen wirtschaftlicheren Treibstoffverbrauch, während die unteren Temperaturen den verbesserten Aufladewirkungsgrad fördern, während gleichzeitig hinlänglich Wärme vom Motor und der zugeordneten Anordnung abgezogen wird, um in den anderen Zonen das Klopfen des Motors und/oder die Möglichkeit eines Motorschadens zu umgehen.

Bei der vorliegenden Erfindung wird zum Steuern der Temperatur des Motors aus der Tatsache ein Vorteil gewonnen, daß bei einer Kühlanlage, in welcher das Kühlmittel siedet und der Dampf als Wärmeübertragungsmedium benutzt wird, der Siedevorgang am heftigsten in den Bereichen hohen Wärmeübergangs ist, wobei die Temperatur der Motoranordnung, welche dem hohen Wärmeübergang ausgesetzt ist, im wesentlichen gleich jener einer Anordnung gehalten wird, welche einer weniger intensiven Erhitzung ausgesetzt ist, wo der Siedevorgang weniger heftig stattfindet und weniger Wärme abgezogen wird; die Kühlmittelmenge, die tatsächlich zwischen dem Kühlmantel und dem Kühler umläuft, ist sehr gering; die Wärmemenge, die vom Motor pro Volumeneinheit des Kühlmittels entfernt wird, ist sehr hoch, und infolge des Siedevorganges steigen der Druck, der innerhalb des Kühlmantels herrscht, und demzufolge auch der Siedepunkt des Kühlmittels

an, wenn die verwendete Anlage geschlossen ist. Somit ist es durch Hinwegleiten einer gesteuerten Kühlluftmenge über den Kühler es möglich, das Maß der Kondensation hierin zu steuern und den Druck innerhalb der Kühlanlage zu veranlassen, über den Atmosphärendruck anzusteigen und somit jene Situation herbeizuführen, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist, in welcher das Motor-Kühlmittel bei Temperaturen oberhalb 100⁰C siedet - beispielsweise bei etwa 110⁰C.

Während der Fahrt mit hoher Geschwindigkeit ist es andererseits ferner möglich, durch Erhöhen der Kühlluftströmung, welche über den Kühler hinwegstreicht (beispielsweise durch Inbetriebnahme eines Kühllüfters, wie er erforderlich ist, um den natürlichen Luftzug zu ergänzen, der unter solchen Bedingungen auftritt), das Maß der Kondensation innerhalb des Kühlers bis auf eine solche Höhe anzuheben, welche den Druck, der in der Kühlanlage vorliegt, bis unter den Atmosphärendruck absenkt, und somit jene Situation herbeizuführen, in welcher das Kühlmittel bei Temperaturen unter 100⁰C siedet - beispielsweise bei etwa 90⁰C.

Fig. 7 zeigt eine Motoranlage, die ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umschließt. Bei dieser Anordnung weist ein Verbrennungsmotor 700 einen Zylinderblock 706 auf, an welchem ein Zylinderkopf 704 abnehmbar befestigt ist. Der Zylinderkopf und der Zylinderblock 706 weisen geeignete Höhlungen auf, welche einen Kühlmittelmantel 720 rund um die erwärmten Abschnitte des Zylinderkopfes und des Motorblocks bilden.

In Strömungsmittelverbindung mit einer Dampfabgabeöffnung 724 des Zylinderkopfs 704, und zwar über einen Dampfkrümmer 722 und eine Dampfübertragungsleitung 723, befindet sich ein Kühler oder Wärmeaustauscher

Es sollte vermerkt werden, daß das Innere dieses Kühlers 726 im wesentlichen leer von flüssigem Kühlungsmittel während des normalen Motorbetriebs gehalten wird, um den Oberflächenbereich bis auf ein Höchstmaß zu vergrößern, der zum Kondensieren des Kühlmitteldampfes (über den wärmeaustausch mit der Umgebungsluft) zur Verfügung steht, und daß die Kühlanlage insgesamt (d.h. die Anlage, die vom Kühlmantel, Kühler und den Leitungen umfaßt wird, welche diese verbindet) hermetisch geschlossen ist, wenn der Motor aufgewärmt ist und läuft. Diese Merkmale werden bei fortschreitender Beschreibung noch deutlicher.

Falls es für vorteilhaft angesehen wird, kann eine Gitterwand oder eine ähnliche Trenneinrichtung (nicht gezeigt) in der Dampfabgabeöffnung 721 des Zylinderkopfes angeordnet sein, um die übertragung von flüssigem Kühlmittel zum Kühler 726 zu verringern, welches während des Siedevorgangs zum Schäumen neigt.

In geeigneter Nähe des Kühlers 726 ist ein elektrisch betriebener Lüfter 727 angeordnet. An der Unterseite des Kühlers 726 ist ein kleiner Sammel-Vorratsbehälter oder unterer Tank 728 angeordnet, wie er nachfolgend bezeichnet wird. Im unteren Tank 728 befindet sich ein Flüssigkeitsstandfühler 730, welcher zur Abgabe eines Signals eingerichtet ist, welches eine Aussage über die Standhöhe des flüssigen Kühlmittels im unteren Tank 728 liefert, welcher niedriger ist als ein Flüssigkeitsstand, der unter den unteren Enden der Verrohrung mit verhältnismäßig geringem Durchmesser liegt, welche den Wärmeaustauschabschnitt des Kühlers bildet.

Vom unteren Tank 728 zum Zylinderblock 720 führt eine Rückführleitung 732. Wie gezeigt, sind ein elektromagnetisches Dreiwegeventil 734 und eine Rückleitungspumpe 736 mit verhältnismäßig kleiner Kapa-

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zität in dieser Leitung angeordnet. Das Ventil 734 ist stromaufwärts von der Pumpe 736 angeordnet. Die Rückführungsleitung 732 ist so angeordnet, daß sie mit dem untersten Abschnitt des Kühlmantels 720 in Verbindung steht.

Um die Standhöhe des Kühlmittels im Kühlmittelmantel zu fühlen und ungefähr die Wirkungsweise der Pumpe 736 «u steuern, ist ein Flüssigkeitsstandsfühler angeordnet, wie gezeigt. Es wird vermerkt, daß dieser Fühler in einer Höhe angeordnet ist, welche höher liegt als jene der Verbrennungsräume, Auslaßöffnungen und Ventile (d.h. jener Anordnung, die hohem Wärmeübergang ausgesetzt ist), um es dieser zu gestatten, zuverlässig in das Kühlmittel eingetaucht zu bleiben und somit jedes Klopfen des Motors und dergleichen abzuschwächen, welches sonst infolge der Bildung örtlicher Bereiche außergewöhnlich hoher Temperatur oder "heißer Stellen" auftreten könnte . Es wird auch vermerkt, daß der Standhöhenfühler 74 0 in einer Höhe angeordnet ist, welche niedriger liegt als der obere Abschnitt oder das Dach der Anordnung des Zylinderkopfes, welcher in seinem Inneren den Kühlmittelmantel bildet, um einen Kühlmitteldampf-Sammelraum oberhalb des flüssigen Kühlmittels zu bilden.

Unterhalb des Standhöhenfühlers 740 und somit in das flüssige Kühlmittel eingetaucht befindet sich ein Temperaturfühler 744.

Ein Kühlmittel-Vorratsbehälter 746 ist neben dem eigentlichen Motor angeordnet, wie gezeigt. Ein luftdurchlässiger Deckel 748 ist verwendet, um den Vorratsbehälter 746 auf eine solche Weise zu verschließen, daß ständig in ihm Atmosphärendruck herrscht.

Der Vorratsbehälter 746 steht in Strömungsmittelverbindung mit dem Dreiwegeventil 734, und zwar über

eine Zufuhrleitung 749, sowie mit dem Motorkühlmittelmantel 720 über eine Füll- bzw. Abgabeleitung 750 und ein elektromagnetisches An-/Aus-Ventil 752. Das Dreiwegeventil 734 ist so angeordnet, daß es eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem unteren Tank 728 und dem Kühlmittelmantel 720 herstellt, wenn es nicht erregt ist, während es eine Kühlmittelverbindung zwischen dem Kühlmantel 720 und dem Vorratsbehälter 746 herstellt, wenn es erregt ist. Das Ventil 752 ist so eingerichtet, daß es geschlossen wird, wenn es erregt wird.

Der Dampf-Verteiler bzw. Dampfkrümmer 722 ist mit einer "Reinigungsöffnung" 766 und einem steigerähnlichen Abschnitt 767 ausgebildet, welche hermetisch durch einen Deckel 768 verschlossen sind. Die Reinigungsöffnung 766 steht, wie gezeigt, mit dem Vorratsbehälter 764 über eine erste überlaufleitung 769 in Verbindung. Ein normalerweise geschlossenes elektromagnetisches Ventil 770 ist in der überlaufleitung 769 vorgesehen. Dieses Ventil ist dazu eingerichtet, nur dann zu öffnen, wenn es erregt wird.

Die oben erwähnten Flüssigkeitsstandsfühler 730 und 740 können irgendeiner geeigneten Art angehören, etwa einem Schwimmer-/Reedschalter-Typ.

Wie gezeigt, werden die Ausgänge der Flüssigkeitsstandsfühler 730 und 740 und des Meßfühlers 744 in eine Steuer- bzw. Regelschaltung 780 eingegeben. Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält die Steuerschaltung 780 einen Mikroprozessor, der Eingangs- und Ausgangs-Übergänge I/O, eine zentrale Recheneinheit CPU, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff RAM und einen Ablesespeicher ROM aufweist. Geeignete Steuerprogramme werden in den Ablesespeicher eingegeben und werden verwendet, um den Betrieb der Ventile 734, 752 und 770, der Pumpe 736 und des Lüfters 727 in

Abhängigkeit von den verschiedenartigen, zugeführten Daten zu steuern.

Damit die Temperatur des Kühlmittels in geeigneter Weise in Abhängigkeit von Änderungen in der Motorlast und -drehzahl gesteuert wird, sind ein Lastfühler 782 und ein Motordrehzahlfühler 784 angeordnet, um Datensignale an die Steuerschaltung 780 zu liefern. Der Lastfühler kann die Form eines Drosselklappen-Lageschalters einnehmen, der getriggert bzw. getastet wird, wenn das Motor-Drosselventil über ein bestimmtes Maß hinaus geöffnet wird. Der Ausgang eines Luftströmungsmeßgeräts oder eines Ansaug-Unterdruckfühlers kann als Alternativlösung verwendet werden. Das Motordrehzahlsignal kann vom Motorverteiler, einem Kurbelwellen-Drehzahlfühler oder dergleichen abgenommen werden.

Es liegt innerhalb der vorliegenden Erfindung, Vorkehrungen zu treffen, daß eine Ablesetabelle jener Art, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, im Ablesespeicher des Mikroprozessors vorgesehen ist, oder daß als Alternativlösung Programme in geeigneter Weise entworfen werden, um die gewünschte, von der Last bzw. der Motordrehzahl abhängige Temperatursteuerung in Abhängigkeit von den eingegebenen Datensignalen zu erreichen. Zur weiteren Offenbarung bezüglich dieser bestimmten Steuerung bzw. Regelung wird Bezug auf jene Dokumente genommen, die nachfolgend durch die Bezugnahme mit in die vorliegende Offenbarung aufgenommen sind.

Ein abgasgetriebener Lader 782 oder Turbolader, wie er nachfolgend bezeichnet wird, ist in einer Abgasleitung 784 angeordnet, wie gezeigt. Vom Verdichter des Turboladers 782 führt zum Ansaugkrümmer 786 des Motors eine Leitung 788. Diese Leitung wird nachfolgend als Ansaugleitung bezeichnet.

In der Ansaugleitung 788 ist ein Wärmeaustauscher 790 angeordnet (der "Wärmeaustauscher" ist die Zwischenkühleranordnung, die die vorliegende Erfindung kennzeichnet), durch welchen die warme Ladeluft aus dem Verdichter hindurchtritt, bevor sie den Verbrennungsraum oder die Verbrennungsräume des Motors erreicht. Eine beispielshafte Bauausführung dieses Wärmeaustauschers ist in Fig. 8 gezeigt. Diese Anordnung weist, wie gezeigt, einen Gehäuseaufbau 801 auf, welcher Kanäle 802 bildet, durch welche die warme Luft strömen kann, sowie Kanäle 804, in welche flüssiges Kühlmittel eingeleitet werden kann. Wie am besten in Fig. 7 gezeigt, ist der Wärmeaustauscher so angeordnet, daß er mit dem unteren Tank 728 über eine zweite Speiseleitung 798 in Verbindung steht. Eine Pumpe 791 mit geringer Kapazität ist in dieser Speiseleitung 798 angeordnet und dazu eingerichtet, auf einen Temperaturfühler 792 anzusprechen (oder alternativ auch auf einen Druckfühler), welcher in der Ansaugleitung 788 stromaufwärts vom Zwischenkühler-Wärmeaustauscher 790 angeordnet ist. Bei dieser Anordnung wirkt, wenn die Temperatur (oder der Druck)_f die bzw. der stromaufwärts vom Wärmeaustauscher vorliegt, ein bestimmtes Niveau überschreitet, der Meßfühler als ein Schalter, welcher schließt, um einen Stromkreis zu schließen, der zwischen einer Stromquelle und der Pumpe 791 vorgesehen ist, wobei die Pumpe erregt wird, um flüssiges Kühlmittel aus dem unteren Tank 728 abzusaugen und dieses in den Wärmeaustauscher hineinzupumpen. Eine zweite überlaufleitung 793 führt von einem Niveau nahe dem Dach des obersten Abschnitts des Wärmeaustauschergehäuses 801 zurück zum unteren Tank 728. Wie gezeigt, ist diese zweite überlaufleitung 793 so angeordnet, daß sie mit dem unteren Tank 728 in einer Höhe in Ver~ bindung steht, welche höher ist als jene des Meßfühlerniveaus 730. Dies stellt den uneingeschränkten überlauf eines jeden überschüssigen Kühlmittels sicher,

welches während des normalen Fahrbetriebs in den Wärmeaustauscher gepumpt wird.

Eine zweite Dampfübertragungsleitung ist so angeordnet, daß sie vom Wärmeaustauschergehäuse 801 zur Oberseite des Kühlers 726 führt. Wie gezeigt, ist diese Leitung 794 so angeordnet, daß sie mit dem Wärmeaustauschergehäuse 801 in einer Höhe in Verbindung steht, welche über jener liegt, an welcher die Überlaufleitung 793 mit diesem in Verbindung steht. Diese Anordnung liefert einen kleinen Dampfsammeiraum innerhalb des Gehäuses, was das Sieden des Kühlmittels, welches hier hinein eingeleitet wurde, erleichtert.

Vor dem ersten Gebrauch wird die Kühlanlage (zusammen mit den Kanälen 804 des Wärmeaustauschergehäuses) mit Kühlmittel (beispielsweise Wasser oder einem Gemisch aus Wasser und Gefrierschutzmittel oder dergleichen) vollständig gefüllt, und der Deckel 768 wird zum Abdichten der Anlage zuverlässig befestigt. Es wird auch eine geeignete Menge an zusätzlichem Kühlmittel in den Vorratsbehälter 746 eingeleitet. Obwohl zu diesem Zeitpunkt die Anlage durch die Verwendung von entlüftetem Wasser, wenn anfangs die Anlage und der Vorratsbehälter gefüllt werden, im wesentlichen frei ist von kontaminierender Luft und dergleichen, wird über einen Zeitraum hinweg dennoch nicht kondensierbares Material seinen Weg in die Anlage finden. Es wird beispielsweise das Wasser (Kühlmittel) im Vorratsbehälter 746 danach trachten, Atmosphärenluft zu absorbieren, und jedesmal, wenn die Anlage mit Kühlmittel gefüllt wird (die detaillierte Erläuterung wird später gegeben), dann wird auch ein wenig nicht kondensierbares Material danach trachten, seinen Weg in die Anlage zu finden.

Ferner entwickeln sich während vorgegebener Betriebsarten des Motorbetriebes negative Drücke, und obwohl sich die Anlage zu diesem Zeitpunkt in einem abgedich-

teten oder geschlossenen Zustand arbeitet, besteht doch die Neigung, daß Luft allmählich in das System durch die Dichtungen und dergleichen einsickert, die zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock ge-

° bildet sind, sowie zwischen den Dichtungen, die zwischen den Leitungen und zugeordneten Elementen der Anlage gebildet sind.

Dementsprechend wird infolge des Anlassens des Motors,

¹^ vorausgesetzt, daß die Motortemperatur unter einem bestimmten Wert liegt (beispielsweise 45⁰C)_x eine Reinigungstätigkeit für nichtkondensierbare Materialien durchgeführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Reinigungstätigkeit dadurch durchgeführt, daß man überschüssiges Kühlmittel in die Einrichtung für einen bestimmten Zeitraum einpumpt. Wenn die Anlage vor dem Einleiten dieser Tätigkeit im wesentlichen voll sein sollte, dann verdrängt das so eingeleitete, überschüssige Kühlmittel wirksam jede Luft oder dergleichen, die sich angesammelt haben könnte. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Reinigungstätigkeit dadurch durchgeführt, daß man das Ventil 752, 734 und 770 erregt und die Pumpe für einige Zentel Sekunden erregt. Genauer gesagt, das Ventil 752 wird in die Lage versetzt, einen geschlossenen Zustand einzunehmen, das Ventil 770 einen offenen und das Ventil 7341 wird in den Zustand versetzt, eine Verbindung zwischen dem Vorratsbehälter 746 und dem Kühlmittelmantel 720 herzustellen. Somit leitet die Pumpe Kühlmittel vom Vorratsbehälter 746 über die Leitung 749 ein und preßt dieses in den Kühlmittelmantel, und zwar durch die Leitung 732. Das so eingeleitete überschüssige Kühlmittel entweicht dementsprechend von der Oberseite der Anlage und wird über die überlaufleitung 769 zum Vorratsbehälter zurückgeführt. Jegliche Luft oder dergleichen bzw. ähnliches nichtkondensierbares Material wird aus dem System gemeinsam mit dem

überströmenden Kühlmittel ausgetragen.

Nach der Beendigung dieser Betriebsart tritt die Anlage in eine sogenannte "Betriebsart zum Entfernen des überschüssigen Kühlmittels" ein, in welcher es dem Kühlmittel gestattet ist, sich zu erwärmen, einen Dampfdruck zu bilden und sich selbst aus der Anlage über die Leitung 750 zurück zum Vorratsbehälter zu entfernen. Um dies zu erreichen, wird lediglich das Ventil 752 unerregt, um einen offenen Zustand einzunehmen, während die Ventile 770 und 734 außer Erregung gebracht werden, um einen geschlossenen Zustand bzw. einen solchen einzunehmen, in welchem der kleine Sammeltank 728 in Strömungsmittelverbindung mit dem Kühlmittelmantel 720 gebracht ist.

Wenn das Kühlmittel aus der Anlage entfernt wird, dann fällt der Stand an flüssigem Kühlmittel unter jenen des Füllstandsfühlers 740. Dementsprechend wird die Pumpe 736 in Betrieb genommen und Kühlmittel wird aus dem Kühler 726 in den Kühlmittelmantel gepumpt, um die Kühlmittelstandhöhe hierin bei jener des Flüssigkeitsstandsfühlers 740 zu halten. Diese Tätigkeit saugt Kühlmittel aus dem Gehäuse 801 des Zwischenkühler-Wärmeaustauschers über eine überlaufleitung. Wenn dementsprechend Kühlmittel gleichzeitig aus der Anlage über die Leitung 750 entfernt wird, dann werden der Kühler und die zweite Dampfleitung von Kühlmittel geleert, bis die in Fig. 7 gezeigte Situation eintritt. Zu diesem Zeitpunkt gibt der Füllstandfühler 730 ein Signal ab, welches anzeigt, daß der Kühlmittel-Füllstand auf diesen abgefallen ist, was die Entleerungs-Betriebsart beendet und das Ventil 752 erregt , um die Anlage in einen "ge-

schlossenen " Zustand zu versetzen.

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Es wird vermerkt, daß, wenn die Anlage anfangs mit Kühlmittel gefüllt ist, dann, wenn das Kühlmittel nicht umgepumpt wird, wie bei herkömmlichen Umlaufsystemen, nur sehr wenig Wärme dem Motor entzogen werden kann, wobei sich das Kühlmittel und der Motor rasch erwärmen und das Kühlmittel schnell den erforderlichen Dampfdruck erzeugt, um die oben erörterte "Entleerungs"-Betriebsart durchzuführen.

Während des Normalbetriebes wird der Dampf, der im Kühlmittelmantel 720 (und im Wärmeaustauscher 790) erzeugt wird, im Kühler kondensiert. Die Geschwindigkeit, mit welcher der Dampf kondensiert wird, wird in Übereinstimmung mit der Motorlast und der Drehzahl gesteuert.

Gleichzeitig werden die Abgase, die in dem Verbrennungsraum oder den Verbrennungsräumen erzeugt, benutzt, um die Turbine des Turboladers zu drehen, drehen den Verdichter und pressen somit Ladeluft durch die Ansaugleitung 788 hindurch. Infolge der Verdichtung steigen die Temperatur und der Druck der Luft an. Wie bereits vorher erwähnt, kann die Temperatur eine Höhe von 17O⁰C erreichen. Dementsprechend wird das Kühlmittel, das im Wärmeaustauscher 7 90 enthalten ist, bis zum Siedepunkt erhitzt. Die Temperatur, bei welcher das Kühlmittel siedet, hängt ab von dem Druck, der innerhalb des Systems vorherrscht. Wenn dementsprechend der Motor im niederen Lastbereich arbeitet, dann kann der Siedepunkt eine Höhe von 110⁰C erreichen. Wenn umgekehrt der Motor in einem Bereich mit hoher Last arbeitet, dann kann der Siedepunkt des Kühlmittels im Wärmeaustauscher 790 einen niedrigen Wert von 90⁰C erreichen.

Der besseren Erläuterung halber soll davon ausgegangen werden, daß der Motor unter Betriebsbedingungen mit hoher Last undahoher Drehzahl arbeitet und daß

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der Siedepunkt des Kühlmittels auf 90⁰C eingeregelt ist; wenn die Motordrehzahl hoch ist, dann ist auch die Drehzahl des Verdichters entsprechend hoch, und die Temperatur der Ladeluft, die vom Verdichter ausgegeben wird, beträgt (nur beispielsweise) etwa 15O⁰C-ünter diesen Bedingungen wird infolge des Siedens des Kühlmittels (d.h. des Absorbierens der latenten Verdampfungswärme des Kühlmittels) jene Wärme, die in der Luft enthalten ist, entfernt und die Temperatur hiervon wird auf ungefähr 90⁰C abgesenkt. Dies stellt natürlich eine merkliche Temperaturverringerung von etwa 60⁰C dar, welche eine hocherwünschte Zunahme im Ladewirkungsgrad des Motors mit sich bringt.

Wenn andererseits der Motor in der sogenannten "Stadtfahrt"-Betriebsart arbeitet, dann wird der Siedepunkt des Kühlmittels im Wärmeaustauscher über 100⁰C liegen. Unter diesen Bedingungen wird die Temperatur der vom Turboladerverdichter abgegebenen Luft niedriger sein als im oben beschriebenen Beispiel. Dementsprechend kann die Temperaturverringerung nur einige zehn Grad ausmachen, und die Temperatur der Ladeluft für die Verbrennungsräume liegt in der Größenordnung von 105 bis 110⁰C. Da jedoch die Wärmemenge, die in die Verbrennungsräume vor der Verbrennung eingebracht wird, höher ist als beim Hochlastbetrieb, nimmt auch die Wärmemenge zu, die in den Abgasen enthalten ist, wodurch auch die Energie zunimmt, die zum Drehen der Turbine oder des Antriebsrades des Turboladers verfügbar ist. Wenn dementsprechend der Motor vom Leerlauf oder von einer niedrigen Drehzahl aus beschleunigt wird, dann ist das Ansprechen des Turboladers unter solchen Bedingungen merklich verbessert. Dies führt in Kombination mit dem verbesserten Wärmewirkungsgrad, der durch das Anheben des Siedepunktes des Kühlmittels im Kühlmittelmantel erzielt wird, zu einem wirtschaftlichen Motorbetrieb mit sehr gutem Ansprechverhalten.

Bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel wird, wenn die Temperatur der Luft, die vom Turboladerverdichter abgegeben wird, ein bestimmtes Niveau überschreitet, die Pumpe 791 erregt. Bei dieser Anordnung

^ ist es möglich, es dem Kühlmittel sowohl zu gestatten, zu sieden, als auch in einer kleinen Menge vom Sammeltank 728 in den Wärmeaustauscher umzuströmen, um einen kleinen überlauf zu erreichen. Dies hält zuverlässig einen geeigneten Kühlmittel-Füllstand im Kühlmittelmantel aufrecht und sichert somit die geeignete Kühlung der Ladeluft.

Wenn der Motor angehalten wird, dann wird infolge der thermalen Trägheit das Kühlmittel unvermeidlich für

!5 einen kurzen Zeitraum fortfahren, zu sieden. Dies erbringt die Neigung zur Erzeugung eines den Atmosphärendruck ein wenig übersteigenden Überdrucks innerhalb der Anlage. Es wird dementsprechend für vorteilhaft gehalten, es der Kühlmitteltemperatur zu ermögliehen, bis auf ein Niveau abzufallen, bei welcher ein geringfügig unter dem Atmosphärendruck liegender Druck vorherrscht, bevor man es dem System gestattet, einen offenen Zustand einzunehmen. Dies umgeht die Neigung, daß große Mengen an Kühlmittel aus der Anlage ausgestoßen werden, und stellt sicher, daß, nachdem die Anlage in offenen Zustand versetzt wurde, das Kühlmittel, das im Vorratsbehälter gespeichert ist, zum Füllen der Anlage glatt eingeleitet wird. Das heißt, wenn der Dampf kondensiert, dann wird das Kühlmittel aus dem Vorratsbehälter auf eine solche Weise eingeleitet, daß dieses ersetzt wird und somit die Anlage vollständig gefüllt wird. Dies erübrigt die Neigung, die für jegliche Umgebungsluft besteht, ihren Weg in die Anlage infolge des Vorliegens eines Niederdruckes zu finden.

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Wenn der Motor erneut gestartet wird, bevor die Kühlmitteltemperatur in irgendeinem merklichen Maße abgesunken ist (beispielsweise 45°C), dann führt die Anlage unverzüglich einen "Warmstart" durch, bei welchem die Reinigungstätigkeit überbrückt wird und unmittelbar in die Kühlmittel-Ausstoß-Betriebsart eingetreten wird.

Fig. 9 zeigt ein Beispiel einer geeigneten Schaltung, die zum Steuern der Ventile 734, 752 und 770, der Pumpe 734 und des Lüfters 727 bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet werden kann, und zwar anstelle eines Mikroprozessors.

Bei dieser Schaltungsanordnung wird der Verteiler der Motor-Zündanlage als Motor-Drehzahlfühler 784 verwendet und ist, wie gezeigt, mit einer Urspannungsoder Stromquelle durch den Motor-Zündschalter 48 verbunden. Ein monostabiler Multivibrator 54 ist in Reihe zwischen dem Verteiler und einer Glättungsschaltung 56 angeordnet. Ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 57 ist, wie gestrichelt gezeigt, angeordnet, um die Einspeisung einer konstanten Spannung sicherzustellen. Ein erster Spannungsteiler, der aus den Widerständen R1 und R2 besteht, bildet einen Vergleicher 58 zu einer Bezugsspannung an seinem umkehrenden Eingang (-), während der nicht-umkehrende Eingang (+) des Vergleichers den Ausgang der Glättungsschaltung 56 aufnimmt. Eine zweite spannungsteilende Anordnung, die aus einem Widerstand R3 und einem Heißleiter bzw. Thermistor T_M (z.B. dem Kernstück des Temperaturfühlers 744) besteht, liefert eine variable Spannung an einen zweiten Vergleicher 60, der auch von einem nockenbetätigten Drosselschalter 62 ein Signal über eine Widerstandsanordnung aufnimmt, die Widerstände R4, R5, R6 und R7 aufweist, die so angeschlossen sind, wie dies gezeigt ist. Der Ausgang des Vergleichers 60 wird an den Lüfter 727 angelegt, und

zwar über ein Relais 61, um diesen zu erregen.

Die Schaltung weist ferner einen Transistor 63 auf, der als Schalter wirksam ist, und zwar infolge des Empfangs eines Ausgangs vom Flüssigkeitsstandfühler 740, um einen Stromkreis zwischen der Urspannungsquelle und Masse herzustellen. Als eine Sicherheitsmaßnahme kann ein Umkehrer oder dergleichen (nicht gezeigt) zwischen dem Flüssigkeitsstandsfühler 740 und dem Transistor 63 zwischengeschaltet sein, und der Flüssigkeitsstandfühler kann dazu eingerichtet sein, einen Ausgang zu liefern, wenn er im Kühlmittel eingetaucht ist. Sollte bei dieser Anordnung der Flüssigkeitsstandfühler fehlerhaft funktionieren, dann veranlaßt das Fehlen seines Ausganges den Transistor 63, ständig leitend gemacht zu sein, und die Pumpe 736, ständig erregt zu sein, um sicherzustellen, daß eine geeignete Kühlmittelmenge im Kühlmittelmantel aufrechterhalten bleibt.

Um die gewünschte Steuerung des Ventils 752 zu erreichen, wird der Flüssigkeitsstandfühler 730 über den Transistor 64 an das selbsterregende Relais 66 auf eine solche Weise angeschlossen, daß, bis der Flüssigkeitsstand des Kühlmittels im Sammeltank 728 zwangsweise bis auf die Höhe des Flüssigkeitsstandsfühlers 730 abgesunken ist, das Relais 66 nicht geschlossen und die Magnetspule des Ventils 752 nicht erregt wird, wobei das Ventil 752 offen bleibt, so daß die gewünschte Menge an Kühlmittel, die im Kühler 126 und im Kühlmittelmantel enthalten ist, in geeigneter Weise aus dem Vorratsbehälter 746 entfernt werden kann. Das öffnen des Schalters 48 setzt die Magnetspule des Ventils 160 außer Erregung und öffnet das selbsterregende Relais 66. Um jedoch die heftige Abgabe von Kühlmittel aus der Anlage unter dem Einfluß eines über dem Umgebungsdruck liegenden Überdrucks zu verhindern, ist ein Schalter 67 so an-

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geordnet, daß er geschlossen wird, wenn der Schalter 48 geöffnet wird, und umgekehrt. Dieser Schalter 67 ist mit der Magnetspule des Ventils 752 über einen geeigneten Temperaturfühler 69 (beispielsweise einen, der der Art nach einen Bimetallstreifen aufweist) zusammengeschaltet, welcher so eingestellt ist, daß er infolge des Umstandes öffnet, daß die Kühlmitteltemperatur bis auf ein Niveau absinkt, bei welchem nur geringfügig über dem Umgebungsdruck liegende Drücke in dem Kühlmittelmantel 720, dem Kühler 726 usw. vorliegen. Dies hält das Ventil 752 für einen kurzen Zeitraum geschlossen, nachdem der Motor angehalten wurde, und bildet eine Vorkehrung für die oben erwähnte thermale Trägheit.

Wie ausdrücklich hervorgehoben, wird bei der insoweit offenbarten Schaltung in Abhängigkeit von der Motorlast und -drehzahl die Temperatur des Kühlmittels im Kühlmittelmantel 120 auf eine solche Weise eingestellt, daß bei niedrigen Motordrehzahlen und -lasten die Spannung, die am umkehrenden Eingang des Vergleichers auftritt, verglichen wird mit jener Spannung, die am nicht umkehrenden Eingang hiervon auftritt, und daß der Lüfter 726 in geeigneter Weise erregt wird, um eine hohe Temperatur unter sogenannten "Stadtfahrf'-Fahrbedingungen aufrechterhält, und bei Betrieb mit hoher Last/Drehzahl abgesenkt wird. Ferner werden infolge des Anhaltens des Motors der Kühlmittelmantel 720, der Kühler 726, der Wärmeaustauscher 790 und die Leitungen vollständig mit Kühlmittel gefüllt, um die Möglichkeit auszuschließen, daß infolge einer kurzen Abkühlperiode eine Luftkontamination stattfindet.

Diese Schaltung weist ferner einen Vergleicher 68 auf, der den Ausgang des zweiten Spannungsteilers (R3, T„) bei seinem nicht umkehrenden Anschluß (+) und eine Bezugsspannung aus einem Spannungsteiler, der aus den

Widerständen R8, R9 besteht, an seinem umkehrenden Anschluß (-) aufnimmt. Die Widerstandswerte der Widerstände R8, R9 sind so gewählt, daß sie eine Spannung liefern, die repräsentativ ist für die bestimmte Temperatur (z.B. 45°C).

Der Ausgang dieses Vergleichers 68 wird in eine Zeitsteuerschaltung 70 über einen Transistor 72 eingegeben. Die Basis dieses Transistors 72 ist mit einer zweiten Zeitsteuerschaltung 73 verbunden, welche so angeordnet ist, daß sie getastet wird, um einen hohen Ausgang für einen bestimmten Zeitraum durch das Schließen des Schalters 48 zu erzeugen. Die Zeit, während welcher die zweite Zeitsteuerschaltung 73 ein Signal mit hohem Pegel abgibt, sollte ein wenig langer sein als jene der Zeitsteuereinrichtung 70. Der Ausgang der Zeitsteuerschaltung 70 wird an die Basis eines Transistors 74 abgegeben, der , wie gezeigt, als Schalter zum Erregen des Relais 76 dient. Dieses Relais 76 liefert, nachdem es durch einen Strom geschlossen wurde, der durch seine Spule strömt (über die Pumpe 73 6 und den Transistor 74) Strom an die Elektromagneten der Ventile 734, 752 und 770. Um wahlweise das zwischenzeitliche Schließen des Ventils 752 während des Reinigungsbetriebes einzuleiten, ist das Relais 76 mit der Magnetspule des Ventils 752 über eine Diode 78 verbunden. Um ein unerwünschtes Schließen des Relais 66 zu verhindern, ist eine zweite Diode 80 angeordnet, wie gezeigt, um den Strom daran zu hindern, vom Anschluß Y durch die Spule des Relais 66 nach Masse zu strömen.

Wie ausdrücklich erwähnt, werden dann, wenn die Temperatur des Kühlmittels, wie sie vom Thermistor Tm gemessen wird, unter 45°C liegt und die Zeitsteuereinrichtung 73 ein Signal mit hohem Pegel ausgibt, die Ventile 752, 734 und 770 sowie die Pumpe 736 für die Reinigung von nicht kondensierbarem Material erregt.

BAD ORIGiNAL

Falls erwünscht, kann die Zeitsteuerschaltung 70 auch weggelassen werden.

Bei dieser Schaltungsanordnung ist der Fühler 792 in Reihe mit der Pumpe 791 geschaltet, wie gezeigt.

Nachdem die bestimmte Temperatur (oder der Druck ; , bei welcher bzw. welchem der Fühler eingestellt ist_fum zu schließen, erreicht wurde,wird es dem Strom ermöglicht, von der Urspannungsquelle durch den Motor der Pumpe 791 zur Masse zu strömen.

Es sollte jedoch vermerkt werden, daß, während die gerade offenbarte Pumpensteuerungsanordnung sehr einfach und wirksam ist, auch verschiedenartige andere Steuer- bzw. Regelmethoden nicht vom Umfang der vorliegenden Erfindung ausgeschlossen sind. Es ist beispielsweise möglich, eine Anordnung für den Temperatur- oder Druckfühler 792 so zu treffen, daß ein geeignetes Signal an eine eine Entscheidung treffende Schaltung abgegeben wird, und es anschließend dieser Schaltung zu gestatten, die Pumpe zu steuern. Dies bedeutet beispielsweise die Steuerung der Pumpe 791 über ein geeignetes Mikroprozessorprogranun, welches auch andere variable Parameter berücksichtigt.

Es sollte vermerkt werden, daß die Motoranlage, in

welcher der oben offenbarte Zwischenkühler integriert ist, nicht auf jene beschränkt ist, die in Fig. 7 dargestellt ist, und beispielsweise auch die Form gO jener Anordnungen annehmen kann, die in den folgenden Fundstellen offenbart sind:

1) Die noch anhängige US-Patentanmeldung Nr. 602 451, eingereicht am 20. April 1984 unter dem Namen Hayashi,

2) Europäische Patentanmeldung Nr. 84 112 777.2, eingereicht am 23. Oktober 1984 im Namen der Firma Nissan Motor Co., Ltd., und

3) Europäische Patentanmeldung Nr. 84 114 579.0, eingereicht am 30. November 1984 im Namen von Nissan Motor Co., Ltd.

Die in diesen Dokumenten enthaltene Offenbarung wird hiermit durch die Bezugnahme in die Offenbarung der vorliegenden Patentanmeldung mitaufgenommen.

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Claims

Zwischenkühleranordnung für einen aufgeladenen Verbrennung smotor Ansprüche

1. Kühlanlage für einen aufgeladenen Verbrennungsmotor , der die folgenden Merkmale aufweist:

- einen Verbrennungsraum,

- einen Verdichter (782), und

- eine Ansaugleitung (788), die vom Verdichter zum Verbrennungsraum führt und durch welche Ladeluft vom Verdichter zum Verbrennungsraum hindurchtritt,

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

- ein erster Kühlmittelmantel (720) , der rund um jenen Aufbau des Motors ausgebildet ist, der einem hohen Wärmeübergang ausgesetzt ist,

- ein Kühler (726), in welchem Kühlmitteldampf zu seiner flüssigen Form kondensiert wird,

- eine erste Dampfübertragungsleitung (723) , die vom

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ersten Kühlmittelmantel zum Kühler führt,

- eine Einrichtung (740, 780, 736), um das flüssige Kühlmittel vom Kühler in den ersten Kühlmittelmantel auf eine solche Weise zurückzuführen, daß jener Aufbau, der dem hohen Wärmeübergang ausgesetzt ist, in flüssiges Kühlmittel eingetaucht ist, und daß ein DampfsammeIraum innerhalb des ersten Kühlmittelmantels gebildet wird,

- ein zweiter Kühlmittelmantel (790), der zusammen mit der Ansaugleitung ausgebildet ist, um die Luft

zu kühlen, welche durch die Ansaugleitung hindurchströmt,

- eine zweite Dampfübertragungsleitung (794), die vom zweiten Kühlmittelmantel zum genannten Kühler führt, und

- eine erste Pumpe (791), die das flüssige Kühlmittel vom Kühler zum zweiten Kühlmittelmantel pumpt, und zwar in Abhängigkeit von einem Fühler (792) für einen er-

* sten Parameter, der einen Parameter mißt, der sich mit

■* 20 ^^er Aufladung des Motors ändert.

2. Kühlanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste Überlaufleitung (793), die vom zweiten Kühlmantel (790) zum Kühler führt, um überschüssiges Kühlmittel, welches in den zweiten Kühlmittelmantel durch die erste Pumpe gepumpt wird, zurückzuführen.

3. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Rückführen von flüssigem Kühlmittel die folgende Form aufweist:

- ein erster Flüssigkeitsstandsfühler (74 0) , der im Kühlmantel in einer Höhe angeordnet ist, welche höher liegt als die Anordnung, die einem hohen Wärmeübergang ausgesetzt ist, und niedriger als

3g der oberste Abschnitt des Kühlmittelmantels, und

- eine zweite Pumpe (736), welche flüssiges Kühlmittel aus dem Kühler in Abhängigkeit vom ersten Flüssigkeitsstandfühler abpumpt, der anzeigt, daß das Niveau

' ORIGINAL INSPECTED

-3- 3 5 O A ΰ 3

innerhalb des Kühlmittelmantels niedriger liegt als der Flüssigkeitsstandfühler, wobei die zweite Pumpe in einer Rückführleitung (732) angeordnet ist, welche vom Kühler zum Kühlmittelmantel führt.

4. Kühlanlage nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

- ein Vorratsbehälter (746) , der flüssiges Kühlmittel enthält,

~ eine Ventil- und Leitungseinrichtung (752, 750, 734, 748, 770, 769, 728, 730), um wahlweise die Strömungsmittelverbindung zwischen dem Kühlmittelmantel und dem Vorratsbehälter herzustellen,

- eine erste Ventil- und Leitungs-Steuereinrichtung (780) , um die Ventil- und Leitungseinrichtung in eine solche Lage zu versetzen, daß ein Kühlkreislauf gefüllt wird, der den ersten und zweiten Kühlmittelmantel, den Kühler und die erste und zweite Dampfübertragungsleitung aufweist, und zwar mit flüssigem Kühlmittel aus dem Vorratsbehälter, wenn der Motor angehalten wird,

- eine zweite Ventil- und Leitungssteuereinrichtung (780), um die Ventil- und Leitungseinrichtung in eine solche Lage zu versetzen, daß überschüssiges Kühlmittel aus dem Vorratsbehälter in den Kühlungskreislauf eingeleitet wird, wenn die Temperatur des Kühlmittels im Kühlmittelmantel unter einem ersten bestimmten Wert liegt, um somit nicht-kondensierbares Material im Kühlmantel auszutreiben, und - eine dritte Ventil- und Leitungs-Steuereinrichtung (780), um die Ventil- und Leitungseinrichtung in eine solche Lage zu versetzen, daß es dem Kühlmittel gestattet wird, aus dem Motor unter dem Einfluß des Dampfdruckes, der innerhalb des Kühlkreislaufes erzeugt wird, dann verdrängt zu werden, wenn der Motor läuft und die Temperatur des Kühlmittels oberhalb des ersten Niveaus liegt, und um die Verdrängung

ORIGINAL INSPECTED |

dann zu beenden, wenn die Kühlmittelmenge, die im Kühlkreislauf enthalten ist, auf ein bestimmtes, gewünschtes Niveau reduziert wurde.

5. Kühlanlage nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

- eine Einrichtung (727), die dem Kühler zugeordnet ist, um die Menge zu ändern, mit welcher der Kühlmitteldampf zu flüssiger Form im Kühler kondensiert wird,

- ein Meßfühler (744) für einen zweiten Parameter, der auf einen Parameter anspricht, der sich mit der Temperatur des flüssigen Kühlmittels im Kühlmittelmantel ändert,

- ein Meßfühler (784 oder 782) für einen dritten Parameter, der auf einen Parameter anspricht, der sich mit der Motorlast ändert, und

- eine Einrichtung (780), die auf den Meßfühler für den zweiten und dritten Parameter anspricht, um die Einrichtung auf eine solche Weise zu steuern, welche danach trachtet, die Temperatur zu erhöhen, bei welcher das Kühlmittel siedet, und zwar auf eine zweite bestimmte Temperatur und dann, wenn die Last des Motors innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, und um die Einrichtung auf eine solche Weise zu steuern, welche danach trachtet, die Temperatur zu verringern, bei welcher das Kühlmittel siedet, und zwar bis auf ein drittes, bestimmtes Niveau und dann, wenn die Last am Motor außerhalb des bestimmten Bereichs liegt.

6. Kühlanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventil- und Leitungseinrichtung die folgenden Merkmale aufweist:

- eine Füll-/Entleerungsleitung (750), die vom Vorratsbehälter (746) herkommt und mit einem unteren Abschnitt des Kühlmantels (720) in Verbindung steht,

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- ein erstes Ventil (752), das in der Füll-/Entleerungsleitung angeordnet ist und eine erste Lage aufweist, in welcher die Verbindung zwischen dem Kühlmittelmantel und dem Vorratsbehälter gestattet ist, sowie eine zweite Lage, in welcher eine Verbindung zwischen dem Kühlmittelmantel und dem Vorratsbehälter verhindert ist,

- eine Speiseleitung (749), die vom Vorratsbehälter her kommt und mit der Rückführleitung an einer Stelle stromaufwärts von der zweiten Pumpe in Verbindung steht,

- ein zweites Ventil (734), welches an der Verbindung der Speiseleitung und der Rückführleitung angeordnet ist und in einem ersten Zustand die Verbindung zwisehen der Pumpe (736) und dem Kühler (726) über die Rückführleitung (732) ermöglicht, und welche in einem zweiten Zustand die Verbindung zwischen der Pumpe (736) und dem Vorratsbehälter (746) über die Speiseleitung (749) herstellt,

~ eine überlaufleitung (769), welche von einem oberen Abschnitt des Kühlmittelmantels zum Vorratsbehälter führt, und

- ein drittes Ventil (770),das in der überlaufleitung angeordnet ist, wobei das dritte Ventil eine erste Normallage aufweist, in welcher die Verbindung zwischen dem Kühlmittelmantel und dem Vorratsbehälter verhindert ist, sowie eine zweite Lage, in welcher die Verbindung zwischen dem Kühlmittelmantel und dem Vorratsbehälter hergestellt ist.

7. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kühlmittelmantel die folgenden Merkmale aufweist:
ein Gehäuseaufbau (801) mit ersten Kanälen (802), durch welche die Ladeluft hindurchströmt, und zweiten Kanälen (804), in welche Kühlmittel eingeleitet wird, wobei die überlaufleitung (739) so angeordnet ist, daß sie mit dem Gehäuse in einer Höhe in Verbindung

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steht, welche gleich oder höher ist als das obere Niveau des genannten ersten Kanals (807), wobei die zweite Dampfübertragungsleitung (794) so angeordnet ist, daß sie mit dem Gehäuse (801) in einer Höhe in Verbindung

B steht, welche höher liegt als jene, bei welcher die erste überlaufleitung hiermit in Verbindung steht.

8. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (792) für den ersten Parameter in der Ansaugleitung (788) stromaufwärts vom zweiten Kühlmittelmantel (790, 806) angeordnet ist.

9. Kühlanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventil- und Leitungseinrichtung ferner die folgenden Merkmale aufweist:

- ein kleiner Sammeltank (728), der an der Unterseite des Kühlers (726) ausgebildet ist, und

- ein zweiter Flüssigkeitsstandsfühler (730), der im Sammeltank angeordnet ist, um den Kühlmittelstand hierin zu messen, wobei die Steuereinrichtung für das dritte Ventil und die Leitung auf den Ausgang des zweiten Meßfühlers auf eine solche Weise anspricht, daß dann, wenn der Kühlmittelstand hierauf abfällt, das dritte Ventil und die Leitungssteuereinrichtung die Verdrängung des Kühlmittels aus dem Kühlkreislauf beendet.

10. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (792) für den ersten Parameter von Temperatur und Druck jener Luft, die vom Verdichter abgegeben wird, einen Wert mißt.