DE3700494C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verdampfungskühlsystem für eine Brennkraftmaschine, bei dem ein flüssiges Kühlmittel zum Sieden gebracht wird und der Dampf als Träger zum Abführen von Wärme verwendet wird, und speziell auf ein solches System, das keine Vielzahl von elektromagnetischen Ventilen benötigt und das einen einfachen Steuerkreis aufweist, um die erforderliche Kühlmittelführung zu erzielen, und das es vermeidet, daß eine Kühlmittelsteuerpumpe, die in dem System enthalten ist, heißem und/oder nahezu siedendem Kondensat ausgesetzt ist.

Bei den gegenwärtig verwendeten "wassergekühlten" Brennkraftmaschinen wird eine Flüssigkeit, in aller Regel Wasser, mittels einer Wasserpumpe zwangsweise durch einen Kühlkreislauf umgewälzt, der den Maschinenkühlmittelmantel und einen luftgekühlten Kühler umfaßt. Diese Art Kühlsystem weist den Nachteil auf, daß ein großes Wasservolumen schnell zwischen dem Kühler und dem Kühlmittelmantel der Maschine umgewälzt werden muß, um die Wärme im notwendigen Umfang von der Brennkraftmaschine abzuführen.

Aufgrund der großen Wassermasse, die notwendigerweise verwendet wird, sind darüber hinaus die Aufwärmeigenschaften der Maschine in unerwünschter Weise beeinträchtigt. Wenn beispielsweise die Temperaturdifferenz zwischen den Einlaß- und Auslaßkanälen des Kühlmittelmantels 4°C beträgt, dann ist die Wärmemenge, die 1 kg Wasser wirksam von der Maschine abführen kann, unter diesen Bedingungen gleich 4 kcal. Im Falle einer Brennkraftmaschine mit einem Hubraum von 1800 cm³, die beispielsweise mit voller Drosselklappenöffnung betrieben wird, muß das Kühlsystem ungefähr 4000 kcal./h abführen. Um dies zu erreichen ist eine Strömungsmenge von ungefähr 167 l/min. erforderlich, die von der Wasserpumpe aufgebracht werden muß. Dies belastet selbstverständlich in unerwünschter Weise die Brennkraftmaschine und führt daher zu einem gesteigerten Kraftstoffverbrauch sowie einer Verminderung der verfügbaren Nettoleistung der Maschine.

Aus der US-PS 45 49 505 ist ein gattungsgemäßes Verdampfungs-Kühlsystem für eine Kolbenbrennkraftmaschine bekannt. Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschrift wird durch Bezugnahme hiermit in die vorliegende Anmeldung einbezogen.

Das Verdampfungs-Kühlsystem dieses Standes der Technik weist einen Kühlmantel auf, und umfaßt ferner einen mit dem Kühlmantel über eine Dampfüberführungsleitung in Strömungsverbindung stehenden Kondensator, der einen oberen sowie unteren Sammelbehälter, die untereinander durch eine Mehrzahl von Rohre verbunden sind, aufweist, wobei der Kondensator, die Dampfüberführungsleitung, der Kühlmantel und eine vom unteren Sammelbehälter zum Kühlmantel führende Kühlmittel-Rücklaufleitung einen geschlossenen Kühlkreis bilden, einen benachbart zum Kondensator angeordneten Kühllüfter zur Steuerung des Wärmeaustausches im Kondensator, einen ersten Temperaturfühler, der im Kühlmantel an einer Stelle, an der er normalerweise in das flüssige Kühlmittel eintaucht, angeordnet ist, einen parallel zum Kühlkreis geschalteten Vorratsbehälter, in dem flüssiges Kühlmittel gespeichert und dessen Inneres mittels eines elektromagnetischen Belüftungsventils mit der Atmosphäre verbindbar ist, eine den Vorratsbehälter und den Kühlkreis verbindenden Ventil- sowie Leitungseinrichtungen, einen im Kühlmantel angeordneten Niveaufühler, der mit einer Pumpe in Wirkverbindung steht, um bei einem Absinken des Kühlmittels im Kühlmantel unter das vorbestimmte Niveau die Pumpe zur Förderung von Kühlmittel in den Kühlmantel in Gang zu setzen.

Das Verdampfungs-Kühlsystem der US-PS 45 49 505 weist jedoch eine Vielzahl von elektromagnetischen Ventilen und Leitungen auf, die notwendig sind, die gewünschte Temperatur- und Kühlmittelsteuerung zu ermöglichen. Die Kosten und die Komplexität des Systems sowie der Platzbedarf im Motorraum des Fahrzeuges, das mit einer derartigen Brennkraftmaschine ausgerüstet ist, sind daher entsprechend hoch.

Weiterhin ist bei diesem Kühlsystem nachteilig, daß es eine Pumpe verwendet, die einem extrem heißen Kühlmittel ausgesetzt ist, so daß es unabdingbar notwendig ist, diese Pumpe mit hitzebeständigen Konstruktionsteilen auszustatten, die naturgemäß zu einer Kostensteigerung führen. Ferner liegt der Nachteil darin, daß eine Kavitation in der Pumpe auftreten kann, wenn das System thermisch gesättigt und das in die Pumpe eingesaugte Kühlmittel nahe dem Siedepunkt ist, da das Kühlmittel wegen des von der Pumpe an sich erzeugten relativ niedrigen Druckes zum Sieden kommt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verdampfungs-Kühlsystem für eine Kolbenbrennkraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, das einen relativ einfachen Aufbau hat, und bei dem die Pumpe niemals extrem erhitztes Kühlmittel fördern muß, so daß für die Pumpe auch keine teueren, hitzebeständigen Bauteile verwendet werden müssen, und daß in Verbindung damit auch die Gefahr des Auftretens einer Kavitation beseitigt wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Darüber hinaus wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Kühlsystems erreicht, daß das Kühlmittel zum Kühlmantel zurückgeführt werden kann, ohne die Pumpe betreiben zu müssen. Ferner kann während eines Kaltstarts der Maschine eine gewisse Menge an Kühlmittel sofort abgeführt werden, so daß das gesamte System rasch erwärmt werden kann. Diese vorteilhafte Wirkung wird zum Teil durch die Anordnung der Niveauregelleitung derart, daß sie mit dem Kühlmantel und dem vorbestimmten Nieveau oder oberhalb von diesem verbunden ist, erreicht. In Verbindung mit der Ventil- sowie Leitungseinrichtung kann ein von einem Temperaturfühler gesteuertes Ventil geöffnet werden, so daß Luft in den Kühlkreislauf eintreten kann. Der Ort der Öffnung, durch die die Niveauregulierung mit dem Kühlmantel verbunden ist, gewährleistet, daß ohne die Notwendigkeit für Ventile und komplexe Leitungsführungen überschüssiges Kühlmittel aus dem Kühlsystem nicht austreten kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 ein Verdampfungskühlsystem mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 der Zeichnungen zeigt ein Maschinensystem, an welchem eine erste Ausführungsform der Erfindung angewendet ist. Bei dieser Anordnung enthält eine Brennkraftmaschine 200 einen Zylinderblock 202, an welchem ein Zylinderkopf 204 lösbar befestigt ist. Der Zylinderkopf und der Zylinderblock sind mit geeigneten Kammern versehen, die einen Kühlmantel 206 um jenen Aufbau der Maschine ausbilden, der hohem Wärmefluß ausgesetzt ist, d. h., den Brennkammern, den Auslaßventilen, Abgasleitungen usw. Einer oder mehrere Dampfauslaßöffnungen 208 im Zylinderkopf 204 sind fluidisch mit einem Kondensator oder Kühler 210 verbunden, wie nachfolgend noch erläutert wird. Die Verbindung erfolgt über eine Dampfsammelleitung 212 und eine Überführungsleitung 214. Die Dampfsammelleitung 212 enthält eine Dampf-Flüssigkeits-Trenneinrichtung 216. Eine Leitung 217 führt von einer Ablaßöffnung 218 der Trenneinrichtung zu einer Öffnung 219, die in dem Zylinderblock 202 ausgebildet ist, und führt flüssiges Kühlmittel, das übergelaufen oder auf andere Weise aus dem Kühlmantel ausgetrieben worden ist und/oder Kühlmittel, das in der Dampfübertragungsleitung 214 selbst kondensiert ist, in den Kühlmantel zurück. Die Öffnung 219 ist an einer relativ niedrigen Stelle des Kühlmantels 206 angeordnet.

Zur Erläuterung weiterer Details hinsichtlich der Gestalt und der Anordnung einer Sammelleitung, die bei der vorliegenden Anordnung verwendet werden kann, wird auf die US-PS 44 99 866 und auf die US-PS 45 70 579 Bezug genommen, deren Offenbarungsgehalt hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Beschreibung gemacht wird.

Bei dieser Ausführungsform ist der Kühler 210 in einer Höhenlage angeordnet, die höher ist, als der Maschinenkühlmantel, und ist so geneigt, daß das darin gebildete Kondensat unter dem Einfluß der Schwerkraft zur niedrigsten Stelle abfließen kann. Der Kühler enthält einen oberen Tank 220, der fluidisch mit der Dampfübertragungsleitung 214 verbunden ist, einen unteren Tank 222, der am stromabwärtigen Ende der Einrichtung angeordnet ist, und einen Kern 224 in Form einer Mehrzahl von Röhren, die sich dazwischen erstrecken. Dieser Kern 224 bildet die hauptsächlichen Wärmetauschflächen des Kühlers und ist so gestaltet, daß er eine Wärmetauschkapazität hat, die etwas größer ist, als die maximal mögliche, von der Brennkraftmaschine gelieferte Wärmemenge.

Ein Kühlventilator 226 ist dem Kühler derart zugeordnet, daß er einen Kühlluftstrom über die Wärmetauschflächen leitet, wenn er in Betrieb ist. Dieser Ventilator 226 wird durch einen Temperatursensor 228 (beispielsweise einen Bimetallschalter) gesteuert, der in dem unteren Tank 222 angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Temperatursensor 228 so eingerichtet, daß er schaltet, wenn die Temperatur im unteren Tank 222 beispielsweise 95° C erreicht und/oder überschreitet. Es sei betont, daß die Wahl dieses Wertes von der Art des verwendeten Kühlmittels abhängt und fernerhin von den Höhen, in welchen das Fahrzeug benutzt werden soll. Im Falle, daß das Kühlmittel Wasser ist, das ein Frostschutzmittel, wie beispielsweise Äthylenglykol und die Spur eines Korrosionsschutzmittels enthält, überschreitet der Siedepunkt auf Meereshöhe 100° C, und die oben erwähnte Temperatur gibt daher an, daß der Kühler 210 dicht daran ist, mit Kühlmitteldampf gefüllt zu sein. Im Falle, daß die Maschine 200 jedoch in großen Höhen betrieben werden soll, dann kann es wünschenswert sein, die Temperatur ein wenig niedriger anzusetzen, um dem niedrigeren Siedepunkt Rechnung zu tragen, der sich unter solchen Umgebungsbedingungen einstellt.

Eine Kühlmittelrückführleitung 230 führt vom unteren Tank 222 zu einer Öffnung 231, die im unteren Abschnitt des Kühlmantels in einer Höhe unterhalb jener ausgebildet ist, an welcher sich die Öffnung 219 befindet.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform bilden der Kühlmantel 206, die Dampfsammelleitung 212, die Dampfübertragungsleitung 214, der Kühler 210 und die Kühlmittelrückführleitung 230 einen geschlossenen Kühlkreislauf, durch den das Kühlmittel kontinuierlich zirkuliert wird.

Ein Vorratsbehälter 232 ist neben der Maschine in einer Höhenlage angeordnet, wie sie im wesentlichen aus der Zeichnung hervorgeht. Der Grund für diese Anordnung wird nachfolgend näher erläutert. Das Innere des Vorratsbehälters 232 wird mittels einer kleinen Luftöffnung (ohne Bezugszeichen), die in dem Einfülldeckel 233 des Vorratsbehälters 232 ausgebildet ist, ständig auf atmosphärischem Druck gehalten. Diese Luftöffnung ist relativ klein und verhindert daher jeglichen Verlust von Kühlmittel, der durch Verspritzen oder dergl. hervorgerufen werden könnte.

Der Vorratsbehälter 232 steht mit dem oberen Tank 220 über eine Entlüftungsleitung 234 in Verbindung. Ein normalerweise geschlossenes elektromagnetisches Ventil 236 ist in dieser Leitung angeordnet und dient dazu, eine Fluidverbindung zwischen dem oberen Tank und dem Vorratsbehälter einzurichten, wenn es erregt ist.

Ein Temperatursensor 238 (beispielsweise ein Bimetallschalter) ist in dem Maschinenkühlmantel 206 angeordnet und elektrisch mit dem Ventil 236 verbunden. Dieser Schalter 238 ist so eingerichtet, daß er schließt und ein EIN-Signal erzeugt, wenn die Temperatur im Kühlmantel 206 bei oder unter einem vorbestimmten Wert liegt, der in diesem Falle beispielsweise 50° C ist. Wenn die Maschine in Betrieb ist und die Kühlmitteltemperatur niedrig ist (d.h., wenn ein Kaltstart ausgeführt wird), dann wird das Ventil 236 geöffnet, um eine Fluidverbindung zwischen der Atmosphäre und dem Inneren des Kühlkreislaufes herzustellen.

Der Vorratsbehälter 232 steht auch mit dem unteren Tank 222 des Kühlers 210 über eine Leitung 239 in Verbindung, die nachfolgend als Ablaßüberführungsleitung bezeichnet wird. Wenn die Maschine 200 angehalten wird, dann wird Kühlmittel aus dem Vorratsbehälter 232 in den Kühlkreislauf durch diese Leitung eingeleitet, während, wenn die Maschine einem Kaltstart unterworfen wird, Luft aus dem Kreislauf durch dieselbe Leitung abgelassen wird. Diese Funktionen werden nachfolgend im Detail näher erläutert.

Um sicherzustellen, daß der Pegel des flüssigen Kühlmittels im Kühlmantel 206 bei oder dicht oberhalb dem benötigten Pegel bleibt, ist ein Pegelsensor 240, wie beispielsweise ein Schwimmer oder Reed-Schalter, im Kühlmantel 206 in einer Höhe angeordnet, die so gewählt ist, daß sie bei oder dicht oberhalb dem minimal zulässigen Pegel liegt. D.h., ein Pegel, der aufrechterhalten werden soll, um sicherzustellen, daß der hoch erhitzte Aufbau der Maschine 200 mit Sicherheit von ausreichendem, flüssigem Kühlmittel umspült bleibt, auch wenn die Maschine heftigen Bewegungen ausgesetzt ist und das Kühlmittel schäumt, wie es beim heftigen Sieden im Zylinderkopfabschnitt des Kühlmantels im allgemeinen auftritt, ist hiermit angesprochen, während außerdem ein Dampfsammelraum erhalten bleiben soll, der das ungestörte Entweichen des Kühlmitteldampfes gegen die Auslaßöffnung oder Öffnungen 208 erlaubt. Dieser Pegelsensor 240 ist mit einer elektrisch betriebenen Pumpe 242 relativ kleiner Leistung verbunden, die in einer Pegelsteuerleitung 244 angeordnet ist. Diese Leitung 244 führt, wie dargestellt, vom unteren Ende des Vorratsbehälters 232 zu einer Pegelsteueröffnung 246, die oberhalb des Pegelsensors 240 angeordnet ist. Wenn bei dieser Anordnung der Pegelsensor 240 feststellt, daß der Pegel des Kühlmittels bis zu dem Punkt abgefallen ist, zu welchem der Reed-Schalter betätigt wird, dann wird Kühlmittel aus dem Vorratsbehälter 232 zugeführt und in den Kühlmantel 206 eingeleitet. Aufgrund der örtlichen Lage der Öffnung 246 ist das Kühlmittel daran gehindert, aus dem Kühlmantel 206 zurückzufließen, nachdem der Pegel bis auf eine Höhe "H" abgefallen ist. Dies ermöglicht die Verwendung einer sehr einfachen Zentrifugalpumpe oder dergl.

Es sei auch hervorgehoben, daß, weil die Pumpe 242 in der Pegelsteuerleitung 244 angeordnet ist, die keinen Bestandteil des geschlossenen Kühlkreislaufes bildet, die Pumpe 242 niemals dem hoch erhitzten Kühlmittel ausgesetzt ist, wie es bei dem System nach Fig. 6 der Fall ist. Dies erlaubt die Verwendung einer billigen Pumpe relativ niedriger thermischer Widerstandsfähigkeit und einer Pumpenart, die nur in einer einzigen Strömungsrichtung pumpt. Es ist jedoch wichtig, daß die Pumpe 242 so gestaltet ist, daß Kühlmittel relativ ungehindert durch sie hindurch fließen kann, wenn sie nicht in Betrieb ist (speziell in der Richtung vom Kühlmantel zum Vorratsbehälter). Dieses Erfordernis geht aus der nachfolgenden Beschreibung des "Schnellaufwärmungs"-Merkmals hervor, das mit der vorliegenden Erfindung realisierbar ist.

Vor dem ersten Betrieb werden der Kühlmantel 206 und der Vorratsbehälter 232 mit flüssigem Kühlmittel gefüllt, bis die Pegel darin im wesentlichen auf der Höhe "H" stehen. Dies kann unter Verwendung einer Einfüllöffnung (nicht dargestellt) ausgeführt werden, die an einer geeigneten Stelle im oberen Abschnitt des Kühlmantels ausgebildet ist, oder durch Füllen des Vorratsbehälters 232 und Inbetriebsetzen der Pumpe 242, bis der Pegelsensor 240 anzeigt, daß der Kühlmittelpegel im Kühlmantel nahe dem gewünschten Pegel ist. Die Größe des Vorratsbehälters 232 ist so gewählt, daß er etwas mehr als das Innenvolumen des Kühlkreislaufs aufnimmt, der oberhalb der Höhe "H" definiert ist, so daß er sicherstellt, daß immer ausreichend Kühlmittel im Vorratsbehälter 232 vorhanden ist, so daß, wenn die Maschine 200 nicht in Gebrauch ist, eine angemessene Kühlmittelmenge verfügbar ist, um den Kühlkreis vollständig zu füllen.

Wenn die Maschine 200 in Betrieb gesetzt wird, wenn die Kühlmitteltemperatur unter 50° C liegt, dann wird das System durch Betätigen des Zündschalters der Maschine oder dergl. mit Strom versorgt und das elektromagnetische Ventil 236 wird erregt, um die geöffnete Stellung anzunehmen. Während des erstmaligen Starts der Maschine hat dies keinen Einfluß. Weil das Kühlmittel im Kühlmantel 206 nicht umgewälzt wird, heizt es sich schnell auf und beginnt, Kühlmitteldampf zu erzeugen. Wenn die Temperatur des Kühlmittels 50° C erreicht, wird das Ventil 233 entregt, so daß es seine geschlossene Stellung einnimmt. Der Kühlmitteldampf verdrängt die Luft im oberen Abschnitt (Dampfsammelraum) des Kühlmantels 206, der Dampfsammelleitung 212 und der Übertragungsleitung 214 hinauf in den oberen Tank 220 des Kühlers 210. Anschließend, wenn weiterer Kühlmitteldampf erzeugt wird, wird die Luft im Kühler 210, die kühler als der Dampf wegen der ihr innewohnenden isolierenden Eigenschaften ist, nach unten in den unteren Tank 222 und aus dem Vorratsbehälter 232 über die Ablaß/Übertragungsleitung 239 verdrängt. Wenn der Kühler 210 im wesentlichen mit Kühlmitteldampf gefüllt wird, dann erregt der Temperatursensor 228 den Ventilator 226. Dies führt zu einer Steigerung der Kondensationsrate innerhalb des Kühlers 210 und hat daher die Situation zur Folge, in der die Temperatur im unteren Tank 222 abfällt und ermöglicht, den Ventilator 226 wieder stillzusetzen. Die Wiederholung dieser Regelung führt zu einer geeigneten Kondensationsrate entsprechend der herrschenden Maschinenbelastung und der von der Maschine abgegebenen Wärmemenge.

In kalter Umgebung mag es nicht notwendig sein, die gesamte Luft aus dem System zu verdrängen. Im Falle, daß ausreichend Luft im Kühler 210 in einem solchen Ausmaß zurückgehalten ist, daß ein Abfall an Kühlleistung zu beobachten ist und die erforderliche Wärmemenge trotz fortwährenden Betriebs des Ventilators 226 nicht abgeführt werden kann, weil die Temperatur und der Druck weiterhin steigen, dann neigt die verbliebene Luft dazu, durch eine Dampfströmung abgeführt zu werden, die durch die Ablaßleitung 239 strömt. Da diese Leitung mit dem Boden oder unteren Abschnitt des Vorratsbehälters 232 in Verbindung steht, wird jeder Kühlmitteldampf, der in den Vorratsbehälter 232 eintritt, sofort durch Berührung mit dem darin enthaltenen kühlen Kühlmittel kondensiert und geht daher aus dem System nicht verloren.

Wenn der Pegelsensor 240 ermittelt, daß der Pegel des Kühlmittels im Kühlmantel 206 zu stark abgefallen ist, dann wird die Pumpe 242 erregt, um den Kühlmantel 206 wieder zu füllen. Da, wie oben erwähnt, die Schwerkraft dazu verwendet wird, das heiße, frisch gebildete Kondensat in den Kühlmantel 206 zurückzuführen, wird diese Pumpe 242 nur sehr selten in Betrieb gesetzt, wodurch eine gute Wirtschaftlichkeit hinsichtlich des elektrischen Stromverbrauchers erzielt wird. Darüber hinaus ist diese Pumpe im wesentlichen niemals hoch erhitzten Flüssigkeiten ausgesetzt.

Da der Betrieb der Pumpe 242 normalerweise nur sehr selten stattfindet, kann ein zu häufiger Betrieb als ein Hinweis für eine Fehlfunktion des Systems ausgewertet werden, wenn beispielsweise Kühlmittel verloren gegangen ist und/oder ständig zu wenig Kühlmittel vorhanden ist. Um diesen Betrieb zu überwachen, können Anordnungen verwendet werden, die die Häufigkeit des Pumpenbetriebes überwachen.

Es liegt innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, daß der Ventilator 226 und der Temperatursensor 228 direkt mit einer elektrischen Stromquelle verbunden sind und nicht von der Schaltstellung des Maschinenzündschalters beeinflußt werden. Der Grund hierfür liegt darin, daß es möglich sein muß, daß der Ventilator 226 weiterhin in Betrieb bleibt, auch wenn die Maschine durch Öffnen des Zündschalters angehalten wird. Die in der Maschine vorhandene Wärme kann nämlich auch nach dem Außerbetriebsetzen der Maschine das Kühlmittel vorübergehend zum Sieden bringen. Um jegliche Möglichkeit der Entwicklung eines überatmosphärischen Druckes zu vermeiden, kann der Ventilator 226 so lange in Betrieb gehalten werden, wie es aus thermischen Gründen für den Kühler 210 notwendig ist.

Wenn sich die Maschine abkühlt und der Kühlmitteldampf im Kühlkreis kondensiert, dann verdrängt die Druckdifferenz zwischen dem Kühlkreis und dem Umgebungsatmosphärendruck Kühlmittel aus dem Vorratsbehälter 232 über die Ablaß/Übertragungsleitung 239 in den Kühlkreis. Wenn die Maschine stillgesetzt wird, dann bleibt das elektromagnetische Ventil 236 geschlossen, da ihm kein elektrischer Strom zugeführt wird. Dementsprechend wird Kühlmittel aus dem Vorratsbehälter 232 in den unteren Tank 222 so lange verdrängt, bis entweder der Kühlkreis vollständig gefüllt ist oder die Druckdifferenz zu bestehen aufgehört hat. Dies füllt den Kreis derart, daß verhindert wird, daß irgend eine Komponente des Systems für längere Zeit atmosphärischer Luft ausgesetzt wird und daher Oxidationseinflüssen oder dergl. unterliegt.

Wenn die Maschine nach vollständigem Abkühlen wieder gestartet wird, d.h., wenn sie einem "Kaltstart" unterworfen wird, bei dem die Kühlmitteltemperatur unter 50° C liegt, sorgt die vorliegende Erfindung für eine schnelle Verminderung des Kühlmittelvolumens in dem Kühlmantel 206 und begünstigt daher eine sehr schnelle Aufwärmung des Systems. Genauer gesagt, wenn die Maschine in Betrieb gesetzt wird und elektrischer Strom der Schaltung mit dem Temperatursensor und dem elektromagnetischen Ventil zugeführt wird, dann wird das Ventil 236 erregt, um den offenen Zustand einzunehmen, wenn die Temperatur des Kühlmittels unter dem vorbestimmten Wert (d. h. 50° C) liegt. Dies ermöglicht es, daß Luft in das System über die Luftleitung 234 einströmt und in den oberen Tank 220 eintritt. Da kein Ventil in der Ablaß/Übertragungsleitung 239 vorhanden ist und die Pumpe 242 in der Pegelsteuerleitung 244 so ausgewählt ist, daß sie eine Kühlmittelströmung in Richtung auf den Vorratsbehälter 232 gestattet, wenn sie nicht in Betrieb ist, kann das in dem Kühler 210, in der Dampfübertragungsleitung 244, in der Dampfsammelleitung 212 und im oberen Abschnitt des Kühlmantels 206 enthaltene Kühlmittel zum Vorratsbehälter 232 durch die Ablaß/Übertragungsleitung 239 und die Pegelsteuerleitung 244 unter der Wirkung der Schwerkraft nach unten "abfallen". Indem der Vorratsbehälter im wesentlichen auf oder unter dem Höhenniveau angeordnet ist, das in Fig. 7 dargestellt ist, kann die Menge des Kühlmittels im Kühlmantel 206 schnell auf die Höhe "H" verringert werden. Die Verminderung des Kühlmittelvolumens im Kühlmantel beschleunigt die Maschinenaufwärmung, da die Wärmemenge, die zur Aufheizung der Flüssigkeit bis auf ihren Siedepunkt erforderlich ist, vermindert ist.

Im Falle, daß die Maschine einem Neustart unterworfen wird, bevor die Temperatur des Kühlmittels im Kühlmantel auf 50° C abgefallen ist, wird ein Warmstart ausgeführt, bei dem der Kühlmittel-"Abfall" nicht ausgeführt wird, und der Dampfdruck, der sich auf natürliche Weise schnell unter diesen Umständen entwickelt, kann überschüssiges Kühlmittel aus dem System verdrängen, bis der Kühlmittelpegel auf die Höhe "H" abgenommen hat.

Claims (5)

1. Verdampfungs-Kühlsystem für eine Kolbenbrennkraftmaschine mit einem Kühlmantel (206), umfassend:
einen mit dem Kühlmantel über eine Dampfüberführungsleitung (212, 214) in Strömungsverbindung stehenden Kondensator (210), der einen oberen sowie unteren Sammelbehälter (220, 222), die untereinander durch eine Mehrzahl von Rohren (224) verbunden sind, aufweist, wobei der Kondensator, die Dampfüberführungsleitung, der Kühlmantel und eine vom unteren Sammelbehälter (222) zum Kühlmantel (206) führende Kühlmittel-Rücklaufleitung (230) einen geschlossenen Kühlkreis bilden,
einen benachbart zum Kondensator (210) angeordneten Kühllüfter (226) zur Steuerung des Wärmetausches im Kondensator,
einen ersten Temperaturfühler (238), der im Kühlmantel (206) an einer Stelle, an der er normalerweise in das flüssige Kühlmittel eintaucht, angeordnet ist,
einen parallel zum Kühlkreis geschalteten Vorratsbehälter (232), in dem flüssiges Kühlmittel gespeichert und dessen Inneres mittels eines elektromagnetischen Belüftungsventils mit der Atmosphäre verbindbar ist,
eine den Vorratsbehälter (232) und den Kühlkreis (206, 212, 214, 210, 230) verbindenden Ventil- sowie Leitungseinrichtungen (236, 234), und
einen im Kühlmantel (206) angeordneten Niveaufühler (240), der mit einer Pumpe (242) in Wirkverbindung steht, um bei einem Absinken des Kühlmittels im Kühlmantel unter das vorbestimmte Niveau (H) die Pumpe zur Förderung von Kühlmittel in den Kühlmantel in Gang zu setzen,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kondensator (210) auf einer Höhenlage angeordnet ist, in der sich der untere Sammelbehälter (222) auf dem vorbestimmten Niveau (H) oder oberhalb von diesem befindet, so daß im Kühler gebildetes Kondensat unter Schwerkrafteinfluß über die Rücklaufleitung (230) in den Kühlmantel (206) fließt,
daß eine von der heißes Kühlmittel führenden Rücklaufleitung (230) getrennte Niveauregelleitung (244) direkt vom Vorratsbehälter (232) zum Kühlmantel (206) führt sowie mit diesem auf dem vorbestimmten Niveau (H) oder unmittelbar oberhalb von diesem verbunden ist,
daß die Pumpe (242) in der Niveauregelleitung (224) angeordnet ist, und
daß der Temperatursensor (238) das elektromagnetische Ventil (236) steuert.

2. Verdampfungs-Kühlsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten, im unteren Sammelbehälter (222) des Kühlers (210) angeordneten Temperaturfühler (228), der mit dem Lüfter (226) in Wirkverbindung steht, um das Ausmaß im Wärmeaustausch zwischen dem Kühler und dem diesen umgebenden Kühlmedium (Umgebungsluft) in dem Fall zu erhöhen, indem die Temperatur in nächster Nähe des zweiten Temperaturfühlers (228) einen ersten vorbestimmten Temperaturwert erreicht oder überschreitet.

3. Verdampfungs-Kühlsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entlüftungsleitung (234) vorgesehen ist, die vom oberen Sammelbehälter (220) des Kühlers (210) zu einer Quelle von Atmosphärendruck führt, daß in der Entlüftungsleitung ein Entlüftungsventil (236) angeordnet ist, das normalerweise geschlossen ist und die Verbindung zwischen der Quelle von Atmosphärendruck und dem oberen Sammelbehälter unterbricht, daß der erste, im Kühlmantel (206) angeordnete Temperaturfühler (238) für das Erfassen der Temperatur des im Kühlmantel enthaltenen Kühlmittels vorgesehen ist, die an oder unterhalb von einem zweiten vorbestimmten Temperaturwert liegt, wobei der erste Temperaturfühler (238) mit dem Entlüftungsventil (236) in Wirkverbindung steht, zum Öffnen des Ventils (236), wenn die Maschine arbeitet und sich die Kühlmitteltemperatur auf dem oder unterhalb von dem zweiten vorbestimmten Temperaturwert befindet, und daß der Vorratsbehälter (232) wenigstens zum Teil unterhalb des vorbestimmten Niveaus (H) angeordnet ist.

4. Verdampfungs-Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine vom unteren Sammelbehälter (222) des Kühlers (210) zum Vorratsbehälter (232) führende Entlüftungs- und Überführungsleitung (239), die mit dem Vorratsbehälter an einer seinem niedrigsten Spiegel zunächst gelegenen Stelle verbunden ist.

5. Verdampfungs-Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine mit dem Kühlmantel (206) verbundene, flüssiges Kühlmittel aus dem vom Kühlmantel entweichenden Dampf abscheidende Trenneinrichtung (216), die eine abgeschiedenes flüssiges Kühlmittel zum Kühlmantel zurückführende Ablaufleitung (217) umfaßt.