DE4133287A1

DE4133287A1 - EVAPORATION COOLED INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Info

Publication number: DE4133287A1
Application number: DE19914133287
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl Ing Sausner; Klaus Dipl Ing Mertens
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 1991-10-08
Filing date: 1991-10-08
Publication date: 1993-04-15
Also published as: JPH05202750A; EP0536470A1

Description

Die Erfindung betrifft eine verdampfungsgekühlte Verbrennungs kraftmaschine, umfassend ein druckbeaufschlagbares Kühlsystem, das von einem Kühlmittel durchströmbar ist, mit zumindest einem Kondensationskühler, zumindest einer Kühlmittelpumpe und einem Ausdehnungsbehälter, wobei der Ausdehnungsbehälter mittels einer Verbindungsleitung an den Kühlkreislauf angeschlossen ist.The invention relates to an evaporative-cooled combustion Engine, comprising a pressurizable cooling system, which can be flowed through by a coolant, with at least one Condensation cooler, at least one coolant pump and one Expansion tank, the expansion tank using a connecting line connected to the cooling circuit is.

Eine solche Verbrennungskraftmaschine ist aus der US 46 48 356 bekannt. Danach besteht das Kühlsystem im wesentlichen aus einem Wassermantel der Verbrennungskraftmaschine, einem Kühler, der als Kondensationskühler ausgebildet ist, einem Kondensat tank und einem Behälter, der durch eine Trennwand in zwei Teilkammern unterteilt ist, wobei die dem Kühlsystem abgewandte Kammer zur Atmosphäre hin offen ist. Die Aufgabe dieser Anlage besteht darin, die im hermetisch abgeschlossenen System befind liche Luft vorübergehend aus dem System zu ziehen und vom Kondensator fernzuhalten, um den Wirkungsgrad der Anlage zu verbessern. Die für die Funktion des Systems nachteilige, eingeschlossene Luft, wird bei betriebswarmer Verbrennungs kraftmaschine im Behälter gespeichert und bei Abkühlen der Maschine in das System zurückgefördert, um die Entstehung von Unterdruck zu vermeiden. Dabei ist allerdings zu beachten, daß zur Erzielung einer optimalen Kondensatorkühlleistung der Massendurchsatz durch den Kondensator und der Dampfgehalt vor dem Kondensator geregelt werden müssen. Mit der bekannten Verbrennungskraftmaschine ist das nicht möglich. Such an internal combustion engine is known from US 46 48 356 known. After that, the cooling system consists essentially of a water jacket of the internal combustion engine, a cooler, which is designed as a condensation cooler, a condensate tank and a container separated by a partition in two Sub-chambers is divided, the one facing away from the cooling system Chamber is open to the atmosphere. The task of this plant consists of being in the hermetically sealed system to draw air from the system temporarily and from the Keep capacitor out to increase plant efficiency improve. The disadvantageous for the function of the system, trapped air, is during warm combustion engine stored in the container and when the Machine fed back into the system to prevent the emergence of To avoid negative pressure. However, it should be noted that to achieve an optimal condenser cooling capacity of the Mass flow through the condenser and the vapor content before the capacitor must be regulated. With the known The internal combustion engine is not possible.

Außerdem ist hier von Nachteil, daß die Kühlmitteltemperatur und der Systemdruck des Kühlsystems nicht unabhängig vonein ander geregelt werden können. Eine Anpassung der Kühlleistung der Kondensatorkühlanlage an die motorische Heizleistung ist bei der vorbekannten Verbrennungskraftmaschine nicht möglich.Another disadvantage is that the coolant temperature and the system pressure of the cooling system is not independent can be regulated otherwise. An adjustment of the cooling capacity the condenser cooling system to the motor heating power not possible with the known internal combustion engine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verdampfungsge kühlte Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß die Kühlmitteltemperatur und der Systemdruck innerhalb des Kühlsystems unabhängig voneinander geregelt werden können. Durch diese unabhängige Regelung ist eine ausgezeichnete Einflußnahme auf die Bauteiltemperatur gewährleistet. Außerdem soll die Zirkulation des Kühlmittels durch das Kühlsystem und die angeschlossene Verbrennungskraft maschine, insbesondere bei hoher Heizleistung der Verbrennungs kraftmaschine und den damit verbundenen hohen Strömungsver lusten optimiert werden.The invention has for its object a verdampfungsge cooled internal combustion engine of the type mentioned to evolve such that the coolant temperature and System pressure within the cooling system independent of each other can be regulated. This is independent regulation an excellent influence on the component temperature guaranteed. It also aims to circulate the coolant through the cooling system and the connected combustion power machine, especially with high heating power of the combustion engine and the associated high flow rate losses can be optimized.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Verbrennungskraft maschine der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestal tungen nehmen die Unteransprüche bezug.This object is achieved according to the invention in the case of internal combustion machine of the type mentioned with the characteristic Features of claim 1 solved. On advantageous form the subordinate claims refer.

Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine weist einen Ausdehnungsbehälter auf, der in Hauptströmungsrichtung unmit telbar vor der Kühlmittelpumpe angeordnet ist, dem Konden sationskühler ist ein über ein Thermostat zuschaltbarer Kon vektionskühler zugeordnet, das flüssige Kühlmittel vom Kon vektionskühleraustritt und das Kondensat vom Kondensations kühleraustritt ist in einem Knotenpunkt der Zuleitung der Verbrennungskraftmaschine zusammengeführt, wobei im Bereich des Knotenpunktes eine Pumpvorrichtung zur Förderung des Kühl mittels in Hauptströmungsrichtung angeordnet ist. Durch die Verwendung eines Kondensations- und eines Konvektionskühlers innerhalb eines Kühlsystems kann mit Hilfe eines Druckregel ventils, das in Hauptströmungsrichtung hinter dem Konden sationskühleraustritt angeordnet ist eine Systemdruckregu lierung erreicht werden, wobei der Systemdruck je nach Fahrge schwindigkeit, Umgebungstemperatur und Motorbetriebspunkt eingestellt werden kann. Die Kühlmitteltemperatur und der Systemdruck können bei diesen Systemen unabhängig voneinander geregelt werden.The internal combustion engine according to the invention has one Expansion tank on the immit in the main flow direction is arranged in front of the coolant pump, the condensate sationskühler is a thermostat switchable Kon assigned to the cooler, the liquid coolant from the con vection cooler outlet and the condensate from the condensation the cooler outlet is at a junction of the supply line Internal combustion engine merged, being in the area of A pumping device to promote cooling is arranged in the main flow direction. Through the Use of a condensation and a convection cooler within a cooling system can be done using a pressure control valve in the main flow direction behind the condenser system cooler outlet is arranged a system pressure regulator lation can be achieved, the system pressure depending on the vehicle speed, ambient temperature and engine operating point can be adjusted. The coolant temperature and the System pressure can be independent of each other in these systems be managed.

Die Systemdruckregulierung erfolgt durch das Regelventil am Kondensatoraustritt. Es steuert in Abhängigkeit z. B. des Druckes im Motor den Durchfluß durch den Kondensator und damit dessen Kühlleistung. Durch Anpassung der Kühlleistung an die Heizleistung des Motors kann der Druck innerhalb des Kühlsy stems konstant gehalten werden. Durch die unabhängige Ein stellung von Systemdruck und Kühlmitteltemperatur kann be sonders gut Einfluß genommen werden auf die Regelung der Bauteiltemperatur, wobei insbesondere die Temperatur von Bauteilen im Bereich des Zylinderkopfes von Interesse sind. Das Druckregelventil kann signalleitend mit einem Druckaufnehmer, beispielsweise im Zylinderkopf oder am Kondensatoraustritt verbunden sein. Das Ventil regelt den Kondensatdurchfluß durch den Kondensator so, daß die notwendige Kühlleistung und gün stige Bauteiltemperaturen gewährleistet sind. Die Siede temperatur des Kühlmittels stellt sich nach dem Druck im Kühlsystem ein, der durch dieses Ventil geregelt werden kann. The system pressure is regulated by the control valve on Condenser outlet. It controls depending on z. B. of Pressure in the motor, the flow through the condenser and thus its cooling capacity. By adapting the cooling capacity to the Motor heating power can be the pressure inside the cooling system stems are kept constant. By the independent one System pressure and coolant temperature can be set be particularly well influenced on the regulation of Component temperature, in particular the temperature of Components in the area of the cylinder head are of interest. The Pressure control valve can be signal-conducting with a pressure sensor, for example in the cylinder head or at the condenser outlet be connected. The valve regulates the condensate flow the condenser so that the necessary cooling capacity and gün constant component temperatures are guaranteed. The boil temperature of the coolant depends on the pressure in the Cooling system that can be controlled by this valve.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß die Pumpvorrichtung durch ein Venturirohr gebildet ist und daß in das Venturirohr im Bereich des geringsten Durchtrittsquer schnittes Kondensat einspeisbar ist. Für die Verwendung eines Venturirohres als Pumpvorrichtung sprechen insbesondere der einfache Aufbau des Kühlsystems und die Vermeidung einer zweiten, beispielsweise elektrisch angetriebenen Kühlmittel pumpe, was in wirtschaftlicher Hinsicht von hervorzuhebender Bedeutung ist.According to an advantageous embodiment, it is provided that the pump device is formed by a venturi tube and that into the venturi tube in the area of the lowest passage cross cut condensate can be fed. For using a Venturi tubes as a pump device speak in particular that simple construction of the cooling system and avoiding one second, for example electrically driven coolant pump, which is of economic importance Meaning is.

Das Venturirohr, das einen Knotenpunkt bildet, in dem flüssiges Kühlmittel vom Konvektionskühler und Kondensat vom Kondensa tionskühler zusammengeführt wird, bewirkt ferner, daß aufgrund der Strömungsverluste zwischen Verbrennungskraftmaschine und Kondensationskühler das Kondensat nicht in den Kondensations kühler zurückgedrückt wird, sondern in Hauptströmungsrichtung mitgerissen und der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird. Diese Ausgestaltung bewirkt einen außerordentlich günstigen Wirkungsgrad durch einen hohen Volumenstrom durch das Kühl system mit nur einer Kühlmittelpumpe, was auch in wirtschaft licher Hinsicht besonders vorteilhaft ist. Aufgrund der Ver wendung eines Venturirohres im Kühlsystem einer verdampfungs gekühlten Verbrennungskraftmaschine kann die Kühlmittelpumpe in ihren Abmessungen besonders kompakt gewählt werden. Die Förder leistung ist auch dann völlig ausreichend. Der Thermostat gibt in Abhängigkeit von der Temperatur des flüssigen Kühlmittels oder der durch Temperatursensoren ermittelten Bauteiltemperatur den Weg durch verschiedene Kühlkreisläufe frei. Während der Aufwärmphase der Verbrennungskraftmaschine ist der Weg über den Konvektionskühler gesperrt, was ein rasches Aufheizen der Verbrennungskraftmaschine bedingt. Mit steigender Temperatur öffnet der Thermostat allmählich den Weg über den Konvektions kühler, so daß eine Beschädigung der Verbrennungskraftmaschine durch Überhitzung zuverlässig vermieden wird. Darüberhinaus ist von Vorteil, daß durch die parallele Anordnung von Kondensa tions- und Konvektionskühler das flüssige Kühlmittel mit einer weitgehend konstanten Eintrittstemperatur in die Verbrennungs kraftmaschine gefördert wird. Die Gefahr von Wärmespannungen beispielsweise durch relativ kaltes Kondensat in eine relativ heiße Verbrennungskraftmaschine ist durch diese Ausgestaltung wesentlich verringert.The venturi tube, which forms a node in the liquid Coolant from the convection cooler and condensate from the condenser tion cooler is brought together, also causes the flow losses between the internal combustion engine and Condensation cooler the condensate is not in the condensation is pushed back cooler, but in the main flow direction entrained and fed to the internal combustion engine. This configuration results in an extremely favorable one Efficiency through a high volume flow through the cooling system with only one coolant pump, which is also economical Liche is particularly advantageous. Due to the ver Use of a Venturi tube in the cooling system of an evaporation cooled internal combustion engine, the coolant pump in their dimensions are chosen to be particularly compact. The funding even then, performance is completely sufficient. The thermostat gives depending on the temperature of the liquid coolant or the component temperature determined by temperature sensors clear the way through various cooling circuits. During the Warm-up phase of the internal combustion engine is the way through Convection cooler locked, causing rapid heating up of the Internal combustion engine conditional. With increasing temperature the thermostat gradually opens the way over the convection cooler, so that damage to the internal combustion engine reliably avoided by overheating. Beyond that advantageous that the parallel arrangement of condensates tion and convection cooler with a liquid coolant largely constant entry temperature into the combustion engine is promoted. The danger of thermal stress for example, by relatively cold condensate in a relatively hot internal combustion engine is due to this configuration significantly reduced.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Venturirohr durch ein T-förmiges Leitungsverbindungselement gebildet sein. Ein derart ausgestaltetes Leitungsverbindungselement ist in wirtschaftlicher Hinsicht besonders günstig herstellbar und ermöglicht eine variable Gestaltung der Leitungsverbindungen. Die Verengung in Form einer Venturidüse befindet sich dabei in Hauptströmungsrichtung, während im Bereich des geringsten Durchtrittsquerschnittes ein Abzweig vorgesehen ist, der mit dem Kondensationskühleraustritt flüssigkeitsleitend verbunden sein kann.According to an advantageous embodiment, the venturi tube be formed by a T-shaped line connecting element. Such a line connecting element is shown in economically economical to manufacture and enables a variable design of the line connections. The constriction in the form of a Venturi nozzle is located in Main flow direction while in the range of the least Passage cross-section a branch is provided which with the condenser cooler outlet is connected to conduct liquid can be.

Der Ausdehnungsbehälter und ein mit einer Entlüftung versehener Befüllstutzen können zu einer Baueinheit zusammengefaßt und über eine Verbindungsleitung flüssigkeitsleitend aneinander festgelegt sein. Durch diese Ausgestaltung ist ein einfacher und übersichtlicher Aufbau des Kühlsystems gewährleistet. Das Kühlmittel, das meist aus Wasser und einem Gehalt an Frost schutz besteht, kann dadurch besonders einfach eingefüllt werden. Auch die Wartung und Überwachung des Kühlsystems bezüglich eventuell auftretender Undichtigkeiten kann dadurch vereinfacht werden. The expansion tank and a vented one Filling nozzle can be combined into a structural unit and to each other via a connecting line be fixed. This configuration makes it easier and clear structure of the cooling system guaranteed. The Coolant, mostly made of water and containing frost protection, can be filled particularly easily will. Also the maintenance and monitoring of the cooling system with regard to any leaks that may occur be simplified.

Zur leichteren und korrekten Befüllung des Kühlsystems kann in der Verbindungsleitung zwischen dem Einfüllstutzen und dem Ausdehnungsbehälter eine Drossel angeordnet sein, die den Flüssigkeitsdurchtritt durch die Leitung begrenzt. Der Aus dehnungsbehälter kann durch eine Trennmembran in einen flüs siges Kühlmittel enthaltenden Raum und einen Ausdehnungsraum unterteilt sein, wobei der Ausdehnungsraum über eine Entlüf tungsöffnung mit der Atmosphäre verbunden ist und die Trenn membran nur von dem Atmosphärendruck beaufschlagbar ist. Nach einer anderen Ausgestaltung besteht auch die Möglichkeit, daß innerhalb des Ausdehnungsraumes ein Federelement angeordnet ist, daß das Federelement beispielsweise als Schraubendruck feder ausgebildet ist und sich einerseits am Gehäuse des Ausdehnungsbehälters und andererseits auf der dem Ausdehnungs raum zugewandten Seite der Trennmembran abstützt. Die Funktions weise ist prinzipiell ähnlich. Ist die Kühlmittelpumpe ent sprechend ausgelegt, wird durch diese, in Verbindung mit der Drossel bewirkt, daß die Trennmembran während der Befüllung des Kühlsystems mit flüssigem Kühlmittel an den unteren Todpunkt des Ausdehnungsbehälters anlegbar ist. Die Verwendung beispiels weise einer Feder im Ausdehnungsraum ist dadurch entbehrlich.For easier and correct filling of the cooling system, in the connecting line between the filler neck and the Expansion tank a throttle can be arranged, the Limited fluid flow through the line. The out Expansion tank can flow through a separating membrane siges coolant-containing space and an expansion space be divided, the expansion space via a vent opening is connected to the atmosphere and the separation membrane can only be acted upon by the atmospheric pressure. To another embodiment, there is also the possibility that a spring element is arranged within the expansion space is that the spring element, for example, as a screw pressure is formed spring and on the one hand on the housing of Expansion tank and on the other hand on the expansion supports the side of the separating membrane facing the room. The functional wise is basically similar. Is the coolant pump ent interpreted accordingly, is in conjunction with the Throttle causes the separating membrane during the filling of the Cooling system with liquid coolant at the bottom dead center of the expansion tank can be created. The use of example A spring in the expansion space is therefore unnecessary.

Im Kühlsystem kann eine Fahrzeuginnenraumheizung angeordnet sein, wobei die Fahrzeuginnenraumheizung in einer während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Verbrennungskraftmaschine nur mit Dampf gefüllten Zone des Kühlsystems angeordnet ist. Hierbei ist von Vorteil, daß die Verbrennungskraftmaschine besonders schnell erwärmt wird, rasch eine optimale Betriebs temperatur erreicht, wenig Kraftstoff verbraucht und weniger Schadstoffe freisetzt. Vehicle interior heating can be arranged in the cooling system be, the vehicle interior heating in a during the Intended use of the internal combustion engine only steam-filled zone of the cooling system is arranged. The advantage here is that the internal combustion engine is warmed particularly quickly, optimal operation quickly temperature reached, little fuel used and less Releases pollutants.

Ist die Betriebstemperatur erreicht und ein Teil des flüssigen Kühlmittels ist verdampft, kann die Heizung in Betrieb genommen werden und stellt dann eine Heizleistung zur Verfügung, die die Heizleistung von Fahrtzeuginnenraumheizungen, die im Wasser kreislauf angeordnet sind, bei weitem übersteigt. Desweiteren ist von Vorteil, daß eine gleichmäßigere und drehzahlunab hängige Heizleistung gewährleistet ist. Die Tatsache, daß die Heizung erst dann in Betrieb genommen werden kann, wenn ein Teil des flüssigen Kühlmittels verdampft ist, stellt in der Praxis keinen gravierenden Nachteil dar, weil auch Heizungen, die im Wasserkreislauf angeordnet sind, erst Wärme zur Behei zung des Innenraums abgeben, wenn das Kühlmittel eine gewisse Temperatur erreicht hat.Is the operating temperature reached and part of the liquid Coolant has evaporated, the heater can be put into operation and then provides a heating power that the Heating power of vehicle interior heaters in the water circulation are arranged, far exceeds. Furthermore is advantageous that a more uniform and speed-independent dependent heating output is guaranteed. The fact that the Heating can only be put into operation when a Part of the liquid coolant has evaporated, represents in the Practice is not a serious disadvantage because heaters, which are arranged in the water cycle, first heat for heating release the interior if the coolant has a certain Temperature has reached.

Zur weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades des Kühlsystems kann im Bereich des Kühlmittelaustrittes der Verbrennungskraft maschine eine Wasserabscheider vorgesehen sein, der bewirkt, daß der Konvektionskühler auch bei großem Kühlmittelvolumen strom nur von Wasser und der Kondensationskühler nur von Dampf durchströmt wird. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch erzielbar, daß das flüssige Kühlmittel im Bereich des Zylinderkopfes in die Verbrennungskraftmaschine einspeisbar ist und daß die Maschine als Abscheider fungiert. Von hervorzuhe bendem Vorteil ist in diesem Zusammenhang, daß sich schädliche Dampfnester vor allem im Zylinderkopf durch eine Mindestdurch spülung des Motors nicht bilden können. Die Mindestdurchspülung ist in diesem Falle größer als der leistungsoptimale Massen strom durch den Kondensator. Ein guter Wirkungsgrad der Kühlung ist nur mit einer effektiven und kontrollierten Wasser-/Dampf abscheidung möglich. Außerdem ergeben sich bei Abscheidung von Wasser und Dampf innerhalb des Motors keine zusätzlichen Drosselwiderstände, keine zusätzlichen Ausdehnungsvolumina für externe Abscheider und kein zusätzliches Bauteil mit Ver schlauchung. Die Durchströmung des Motors erfolgt dann derart, daß das flüssige, gekühlte Kühlmittel im Bereich des Zylinder kopfes in die Verbrennungskraftmaschine eingespeist wird, Dampf nach oben in Richtung des Kondensators entweicht und das flüssige Kühlmittel nach unten durch die Verbrennungskraft maschine. Die Verbrennungskraftmaschine wirkt demzufolge als Abscheider.To further improve the efficiency of the cooling system can in the area of the coolant outlet of the internal combustion engine machine a water separator can be provided, which causes that the convection cooler even with large coolant volume electricity only from water and the condenser only from steam is flowed through. A particularly advantageous embodiment is achievable in that the liquid coolant in the area of Cylinder head can be fed into the internal combustion engine and that the machine acts as a separator. From to point out The advantage in this context is that harmful Steam nests especially in the cylinder head due to a minimum diameter cannot form the engine. The minimum flush in this case is larger than the optimal mass current through the capacitor. Good cooling efficiency is only with an effective and controlled water / steam separation possible. In addition, the separation of Water and steam inside the engine are no additional Choke resistors, no additional expansion volumes for external separator and no additional component with ver tubing. The engine then flows through that the liquid, cooled coolant in the area of the cylinder head is fed into the internal combustion engine, steam escapes towards the capacitor and that liquid coolant down through the combustion force machine. The internal combustion engine therefore acts as Separator.

Nach einer anderen Ausgestaltung kann dem Ausgleichsbehälter eine relativ bewegliche, flüssigkeitsdichte Trennwand zuge ordnet sein, die den Ausgleichsbehälter in einen flüssiges Kühlmittel enthaltenden Raum und einen Federraum unterteilt, wobei der Federraum mit der Sauganlage der Verbrennungskraft maschine mittels einer Unterdruckleitung verbunden ist und wobei die Unterdruckleitung durch zumindest ein Sperrventil verschließbar ist. Dabei ist Voraussetzung, daß eine Sauganlage vorhanden ist und diese auch einen Unterdruck zur Verfügung stellt, die Trennwand einwandfrei zu betätigen. Handelt es sich bei der Verbrennungskraftmaschine um einen Dieselmotor, kann die Unterdruckleitung vorteilhafter Weise an die Unterdruck pumpe des Bremssytems angeschlossen werden. Bei der Verdampfungs kühlung stellt sich die Siedetemperatur des Kühlmittels nach dem Druck im Kühlsystem ein. In Abhängigkeit von der Höhe der Systemdrücke im Kühlsystem und der damit verbundenen unter schiedlichen Siedetemperaturen des Kühlmittels, kann die Bauteiltemperatur der Verbrennungskraftmaschine optimal dem jeweiligen Lastzustand angepaßt werden. Durch die Auslenkung der Trennwand im Ausgleichsbehälter wird das Gesamtvolumen des Kühlsystems und damit der Systemdruck in Abhängigkeit vom Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine geregelt. Der gewünschte Systemdruck kann beispielsweise aus folgenden Parametern ermittelt werden: Kühlmitteltemperatur, Bauteiltem peratur, Betrag des Unterdruckes im Saugrohr, Stellung der Drosselklappen, Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, einge spritzte Kraftstoffmenge, Umgebungstemperatur und/oder Fahr zeuggeschwindigkeit. Bei elektronisch gesteuerten Verbrennungs kraftmaschinen steht eine Vielzahl der oben genannten Hilfs größen ohnehin zur Verfügung, so daß keine zusätzlichen Sen soren benötigt werden, was eine sehr gute Zuverlässigkeit des Kühlsystems bedingt. Der Unterdruckleitung kann zusätzlich ein Unterdruckspeicher zugeordnet sein. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Sauganlage der Verbrennungskraftmaschine nicht in allen Lastzuständen einen Unterdruck zur Verfügung stellt, der ausreicht, den Systemdruck im Kühlsystem an die jeweiligen Lastzustände anzupassen. Im Leerlauf, wenn ein vergleichsweise hoher Systemdruck gefordert ist, der eine hohe Siedetemperatur bedingt und damit ein rasches Aufwärmen der Verbrennungskraftmaschine, stellt die Sauganlage ohne Unter druckspeicher einen hohen Unterdruck zu Verfügung während im Vollastbereich, wenn niedriger Systemdruck und eine geringe Siedetemperatur des Kühlmittels gefordert sind, um eine Über hitzung des Verbrennungskraftmaschine zu vermeiden, die Saug anlage nur wenig Unterdruck erzeugt. Dieser vergleichsweise geringe Unterdruck kann unter Umständen nicht ausreichen, den Systemdruck im Kühlsystem soweit zu verringern, daß ein Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ohne Gefahr der Überhitzung möglich wäre. Um diese Nachteile zu vermeiden, kann ein Unter druckspeicher vorgesehen sein, der in jedem Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine für eine ausreichende Versorgung des Federraumes im Ausgleichsbehälter mit Unterdruck sorgt.According to another embodiment, the expansion tank a relatively movable, liquid-tight partition wall arranges that the expansion tank into a liquid Divided coolant-containing space and a spring space, the spring chamber with the suction system of the combustion power machine is connected by means of a vacuum line and wherein the vacuum line through at least one check valve is lockable. The prerequisite is that a suction system is available and this is also available under negative pressure provides to operate the partition properly. Is it in the internal combustion engine around a diesel engine, can the vacuum line advantageously to the vacuum pump of the brake system can be connected. At the evaporation cooling adjusts the boiling point of the coolant the pressure in the cooling system. Depending on the amount of System pressures in the cooling system and the associated under different boiling temperatures of the coolant, the Component temperature of the internal combustion engine optimally that respective load condition can be adjusted. By the deflection the partition in the expansion tank becomes the total volume of the Cooling system and thus the system pressure depending on Operating point of the internal combustion engine regulated. The Desired system pressure can be, for example, from the following Parameters are determined: coolant temperature, component temperature, amount of vacuum in the intake manifold, position of the Throttle valves, speed of the internal combustion engine, turned on amount of fuel sprayed, ambient temperature and / or driving tool speed. With electronically controlled combustion a variety of the above auxiliary devices are available sizes available anyway, so no additional sen sensors are needed, which is a very good reliability of the Cooling system conditional. The vacuum line can also be a Vacuum storage must be assigned. This is especially so useful if the suction system of the internal combustion engine negative pressure is not available in all load conditions which is sufficient to supply the system pressure in the cooling system to the adapt to the respective load conditions. Idle when one comparatively high system pressure is required, which is high Boiling temperature conditional and thus a quick warm-up of the Internal combustion engine, the suction system without sub pressure accumulator a high negative pressure available while in Full load range when system pressure is low and low Boiling point of the coolant are required to over Avoid heating the internal combustion engine, the suction system generates only a little negative pressure. This comparatively low negative pressure may not be sufficient under certain circumstances Reduce system pressure in the cooling system to such an extent that operation the internal combustion engine without risk of overheating it is possible. To avoid these disadvantages, a sub pressure accumulator can be provided at each operating point of the Internal combustion engine for an adequate supply of the Spring space in the expansion tank with negative pressure ensures.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen verdampfungsgekühl ten Verbrennungskraftmaschine sind in den als Anlage beigefüg ten Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.Embodiments of the evaporative cooling according to the invention th internal combustion engine are in the attached th drawings are shown schematically and are in the following described in more detail.

In den Fig. 1, 2, 3, 4, 5 und 6 ist jeweils eine verdampfungs gekühlte Verbrennungskraftmaschine 1 dargestellt, bei der ein druckbeaufschlagbares Kühlsystem 2 von einem Kühlmittel durch strömbar ist. Bei dem Kühlmittel handelt es sich zumeist um Wasser mit einem Gehalt an Forstschutz. Der Ausgleichsbehäl ter 4 ist mittels einer Verbindungsleitung 5 an eine während des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine 1 stets mit flüs sigem Kühlmittel gefüllte Zone des Kühlsystems 2 angeschlossen. Das Kühlsystem 2 besteht im wesentlichen aus einem Kondensa tionskühler 3, einem in Strömungsrichtung hinter der Konden sationskühler 3 angeordneten Druckregelventil 10 und einem Konvektionskühler 7, die einander in Parallelschaltung zuge ordnet sind. Der Kühlmittelaustritt des Konvektionskühlers 7 sowie der Kondensataustritt des Kondensationskühlers 3 sind in einem Knotenpunkt zusammengeführt, der in den Fig. 1 bis 5 durch ein Venturirohr 8 gebildet ist. Das flüssige Kühlmittel das das Venturirohr 8 in Hauptströmungsrichtung 9 im Bereich des geringsten Durchtrittsquerschnittes mit relativ höherer Ge schwindigkeit durchströmt, reißt das im Kondensationskühler 3 angefallene Kondensat und bedarfsweise flüssiges Kühlmittel aus dem Ausgleichsbehälter 4 aufgrund des Druckabfalles an dieser Stelle mit. Bei hoher Heizleistung der Verbrennungskraft maschine 1 und einem hohen Volumenstrom durch das Kühlsystem 2 ist ein Rückfließen von flüssigem Kühlmittel und Kondensat zurück in den Kondensationskühler 3 aufgrund der Anordnung des Venturirohres 8 ausgeschlossen. Dadurch entsteht keine Dros selung im Kühlsystem 2, wodurch die Kühlleistung und der Wirkungsgrad des Kühlsystems 2 erheblich verbessert ist.In Figs. 1, 2, 3, 4, 5 and 6, an evaporation-cooled internal combustion engine 1 is shown in each case, in which a pressurizable cooling system 2 can flow from a coolant through. The coolant is mostly water with a forest protection content. The expansion tank ter 4 is connected by means of a connecting line 5 to a zone of the cooling system 2 which is always filled with liquid coolant during the operation of the internal combustion engine 1 . The cooling system 2 consists essentially of a condensation cooler 3 , a downstream of the condensation cooler 3 arranged pressure control valve 10 and a convection cooler 7 , which are assigned to each other in parallel. The coolant outlet of the convection cooler 7 and the condensate outlet of the condensation cooler 3 are brought together in a node which is formed by a venturi tube 8 in FIGS. 1 to 5. The liquid coolant which flows through the Venturi tube 8 in the main flow direction 9 in the region of the smallest passage cross-section with a relatively higher speed, the condensate accumulated in the condensation cooler 3 and, if necessary, liquid coolant from the expansion tank 4 due to the pressure drop at this point. With high heating power of the internal combustion engine 1 and a high volume flow through the cooling system 2 , a backflow of liquid coolant and condensate back into the condensation cooler 3 is excluded due to the arrangement of the Venturi tube 8 . This creates no throttling in the cooling system 2 , which significantly improves the cooling capacity and the efficiency of the cooling system 2 .

Der Konvektionskühler 7 bewirkt eine annähernd gleichmäßige Temperatur des flüssigen Kühlmittels, das in die Verbrennungs kraftmaschine 1 eingespeist wird. Diese Temperatur ist so bemessen, daß die Entstehung von Dampfblasen im Bereich des Venturirohres 8 und der Kühlmittelpumpe 11 wirkungsvoll ver mieden wird. Dadurch wird sowohl die Funktionssicherheit als auch die Gebrauchsdauer des Kühlsystems 2 deutlich erhöht.The convection cooler 7 causes an approximately uniform temperature of the liquid coolant, which is fed into the internal combustion engine 1 . This temperature is such that the formation of steam bubbles in the area of the Venturi tube 8 and the coolant pump 11 is effectively avoided. As a result, both the functional reliability and the service life of the cooling system 2 are significantly increased.

Durch Druckbeaufschlagung des Ausgleichsbehälters 4 kann Einfluß genommen werden auf den Systemdruck im Kühlsystem 2. Ein hoher Systemdruck bedingt eine hohe Siedetemperatur des das Kühlsystem 2 durchströmenden Kühlmittels, während ein relativ verringerter Systemdruck eine Verringerung der Siedetemperatur bedingt. Im kalten Zustand der Verbrennungskraftmaschine 1, also vor Inbetriebnahme oder kurz nach dem Start, ist das Kühlsystem vollständig mit flüssigem Kühlmittel gefüllt und dampffrei. Der flüssiges Kühlmittel enthaltende Raum 16 des Ausgleichsbehälters 4 weist sein geringstes Volumen auf.The system pressure in the cooling system 2 can be influenced by pressurizing the expansion tank 4 . A high system pressure causes a high boiling temperature of the coolant flowing through the cooling system 2 , while a relatively reduced system pressure causes a reduction in the boiling temperature. When the internal combustion engine 1 is cold, that is to say before start-up or shortly after starting, the cooling system is completely filled with liquid coolant and is vapor-free. The liquid coolant-containing space 16 of the expansion tank 4 has its smallest volume.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße verdampfungsgekühlte Ver brennungskraftmaschine 1 mit dampffreiem Kühlsystem 2 darge stellt, kurz nach dem Start, wenn sie ihre optimale Betriebs temperatur noch nicht erreicht hat. Sowohl der Konvektions kühler 7 als auch der Kondensationskühler 3 sind vollständig mit flüssigem Kühlmittel gefüllt. Selbst bei sehr geringen Außentemperaturen besteht so nicht die Gefahr, daß die Kühler durch Einfrieren beschädigt werden. Auch die Dampfleitung 20 ist in diesem Betriebszustand mit flüssigem Kühlmittel gefüllt. Die Kennlinie des Systemdruckes ist von der Federkennlinie der Feder abhängig, die sich im Federraum 17 befindet. Der Aus gleichsbehälter 4 ist auf der dem flüssigen Kühlmittel abgewandten Seite mit einer Öffnung versehen, die diesen Raum mit der Atmosphäre verbindet. Als Einzelteil "X" ist ein Ausschnitt des Venturirohres 8 gezeigt. Abweichend von dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel besteht allerdings auch die Möglichkeit, daß die Trennmembran innerhalb des Ausgleichsbe hälters 4 nicht mit einer Feder, sondern nur mit dem Atmos phärendruck beaufschlagt ist.In Fig. 1, the evaporative-cooled internal combustion engine 1 according to the invention with steam-free cooling system 2 is Darge, shortly after the start, when it has not yet reached its optimal operating temperature. Both the convection cooler 7 and the condensation cooler 3 are completely filled with liquid coolant. Even at very low outside temperatures, there is no risk that the cooler will be damaged by freezing. The steam line 20 is also filled with liquid coolant in this operating state. The characteristic of the system pressure is dependent on the spring characteristic of the spring, which is located in the spring chamber 17 . From the expansion tank 4 is provided on the side facing away from the liquid coolant with an opening that connects this space with the atmosphere. A detail of the Venturi tube 8 is shown as an individual part “X”. Deviating from the embodiment shown here, however, there is also the possibility that the separating membrane within the compensation tank 4 is not pressurized with a spring, but only with the atmospheric pressure.

In Fig. 2 ist ein Kühlsystem dargestellt, ähnlich dem Kühl system aus Fig. 1, wobei die Betriebstemperatur der Verbren nungskraftmaschine 1 gestiegen ist und ein Teil des flüssigen Kühlmittels bereits verdampft ist. In der Dampfleitung 20 befindet sich nur noch verdampftes Kühlmittel. Das durch den Dampf verdrängte Volumen wird durch den flüssiges Kühlmittel enthaltenden Raum 16 kompensiert. Auf eine dem System angepaßte Größe des Ausgleichsbehälters 4 ist dabei selbstverständlich zu achten. Im Wasserkreislauf, in diesem Fall dem Konvektions kühler 7 vorgeschaltet, befindet sich eine Fahrzeuginnenraum heizung 12. Ein Ölwärmeüberträger 13 ist ebenfalls in der Kühlmittelleitung angeordnet. Die Anordnung der Fahrzeuginnen raumheizung 12 im Wasserkreislauf bedingt bei Betätigung einen frühzeitigen beheizten Innenraum, was eine vergleichsweise lange Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine bedingt. Die Trennwand 4.3 des Ausgleichsbehälters 4 hat sich in Richtung des Federraumes 17 verlagert, so daß die durch den Dampf verdrängten Flüssigkeitsbestandteile im flüssigen Kühlmittel enthaltenden Raum 16 aufgenommen werden können. Zusätzlich zu dem in Fig. 1 dargestellten System ist der Federraum 17 über ein Sperrventil 19 mit einer Unterdruckleitung 18 verbunden, die mit der Sauganlage der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist. Eine Druckbeaufschlagung des Kühlsystems 2 ist in diesem Fall feinfühliger regelbar, als dies in Fig. 1 der Fall ist. In der Unterdruckleitung 18 kann gegebenenfalls ein Unterdruck speicher angeordnet sein um im Vollastbetrieb der Verbrennungs kraftmaschine 1 einen ausreichend hohen Unterdruck zur Ver fügung zu stellen, zur Reduzierung des Systemdruckes und einer Absenkung der Siedetemperatur.In Fig. 2, a cooling system is shown, similar to the cooling system of Fig. 1, wherein the operating temperature of the internal combustion engine 1 has risen and part of the liquid coolant has already evaporated. There is only evaporated coolant in the steam line 20 . The volume displaced by the steam is compensated for by the space 16 containing liquid coolant. Of course, attention should be paid to a size of the expansion tank 4 which is adapted to the system. In the water circuit, in this case upstream of the convection cooler 7 , there is a vehicle interior heater 12 . An oil heat exchanger 13 is also arranged in the coolant line. The arrangement of the vehicle interior heating 12 in the water circuit requires an early heated interior when actuated, which requires a comparatively long warm-up phase of the internal combustion engine. The partition 4.3 of the expansion tank 4 has shifted in the direction of the spring chamber 17 so that the liquid components displaced by the steam can be accommodated in the chamber 16 containing liquid coolant. In addition to the system shown in FIG. 1, the spring chamber 17 is connected via a check valve 19 to a vacuum line 18 which is connected to the suction system of the internal combustion engine. In this case, pressurization of the cooling system 2 can be regulated more sensitively than is the case in FIG. 1. In the vacuum line 18 , a vacuum reservoir can optionally be arranged to provide a sufficiently high vacuum in the full-load operation of the internal combustion engine 1 , to reduce the system pressure and reduce the boiling temperature.

In Fig. 3 ist eine Verbrennungskraftmaschine ähnlich der aus Fig. 2 dargestellt, wobei die Fahrzeuginnenraumheizung 12 nicht im flüssigkeitsdurchströmten Kreislauf des Kühlsystems 2 angeordnet ist, sondern nur von Dampf durchströmbar ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß die Verbrennungskraft maschine 1 schneller ihre Betriebstemperatur erreicht, was im Hinblick auf weniger Verschleiß, weniger Kraftstoffverbrauch und günstigere Schadstoffemissionen von Vorteil ist. Die Fahrzeuginnenraumheizung 12 ist nur wirksam, wenn ein Teil des flüssigen Kühlmittels bereits verdampft ist, zeichnet sich dann aber durch eine deutlich bessere Heizleistung aus. Die Druckbe aufschlagung des Kühlsystems erfolgt in diesem Beispiel wieder durch eine Feder im Federraum 17 des Ausgleichsbehälters 4, wobei der Federraum 17 und die Atmosphäre durch eine Öffnung miteinander verbunden sind. Auch Ausführungen ohne Federkraft beaufschlagung der Trennmembran innerhalb des Ausgleichsbe hälters 4 sind denkbar. FIG. 3 shows an internal combustion engine similar to that of FIG. 2, the vehicle interior heater 12 not being arranged in the liquid-flow circuit of the cooling system 2 , but only steam being able to flow through it. This embodiment has the advantage that the internal combustion engine 1 reaches its operating temperature more quickly, which is advantageous in terms of less wear, less fuel consumption and cheaper pollutant emissions. The vehicle interior heater 12 is only effective when part of the liquid coolant has already evaporated, but is then distinguished by a significantly better heating output. The pressure loading of the cooling system takes place in this example again by a spring in the spring chamber 17 of the expansion tank 4 , the spring chamber 17 and the atmosphere being connected to one another by an opening. Designs without spring force acting on the separating membrane within the compensation tank 4 are also conceivable.

Zur Verbesserung des Wirkungsgrades kann wie in Fig. 4 darge stellt, ein Wasserabscheider 14 vorgesehen sein, der bedingt, daß ausschließlich Wasser durch den Konvektionskühler und ausschließlich Dampf durch den Kondensationskühler gefördert wird.To improve the efficiency, as shown in Fig. 4 Darge, a water separator 14 may be provided, which requires that only water is conveyed through the convection cooler and only steam through the condensation cooler.

In der Wirkungsweise unterscheidet sich die verdampfungsge kühlte Verbrennungskraftmaschine 1 aus dieser Figur nicht von den bisher beschriebenen.In operation, the evaporative-cooled internal combustion engine 1 from this figure does not differ from those previously described.

Die in Fig. 5 dargestellte verdampfungsgekühlte Verbrennungs kraftmaschine 1 weist einen Ausgleichsbehälter 4 auf, der einstückig mit dem Befüllstutzen 15 ausgebildet ist. Mit zunehmender Erwärmung des flüssigen Kühlmittels und beginnender Dampfbildung steigt der Flüssigkeitspegel im Ausgleichsbe hälter 4 von einer minimalen auf eine maximal zulässige Höhe. Im Bereich der maximal zulässigen Höhe ist ein Schwimmer ventil 4.2 angeordnet, das eine Durchbrechung in Richtung der Atmosphäre bei Überschreitung eines maximal zulässigen Flüssig keitspegels verschließt. Während der Aufwärmphase steigt der Flüssigkeitspegel mit zunehmender Dampfbildung bis zu seinem maximalen Wert an. Außerdem ist von hervorzuhebender Bedeutung, daß die Befüllung des Kühlsystems besonders einfach möglich ist. Wird der Befüllstutzen 15 bis zu einer maximalen Markierung mit flüssigem Kühlmittel gefüllt, so ist trotzdem das erforder liche Ausdehnungsvolumen innerhalb des Ausgleichsbehälters 4 garantiert. Die Handhabung eines derartigen Kühlsystems 2 ist besonders einfach. The evaporative-cooled internal combustion engine 1 shown in Fig. 5 has a surge tank 4 which is integrally formed with the filler neck 15 . With increasing heating of the liquid coolant and the beginning of vapor formation, the liquid level in the compensation tank 4 increases from a minimum to a maximum permissible level. In the area of the maximum permissible height a float valve 4.2 is arranged, which closes a breakthrough in the direction of the atmosphere when a maximum permissible liquid level is exceeded. During the warm-up phase, the liquid level rises to its maximum value with increasing vapor formation. It is also important to emphasize that it is particularly easy to fill the cooling system. If the filler neck 15 is filled to a maximum mark with liquid coolant, the expansion volume required within the expansion tank 4 is nevertheless guaranteed. The handling of such a cooling system 2 is particularly simple.

In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, das den vor stehend beschriebenen ähnelt. Der Ausdehnungsbehälter 4, der Befüllstutzen 15 sowie die Unterdruckdrossel 22 sind in diesem Beispiel in eine Baueinheit zusammengefaßt und an Stelle des Venturirohres gelangt eine zweite Kühlmittelpumpe 11.2 unmit telbar im Bereich des Ausdehnungsbehälters 4 zur Anwendung. Die Fahrzeuginnenraumheizung 12 ist in diesem Beispiel von flüs sigem Kühlmittel durchströmt, das auf direktem Weg von der Verbrennungskraftmaschine 1 über ein weiteres Thermostat ventil 24 in die Fahrzeuginnenraumheizung 12 strömt.In Fig. 6, an embodiment is shown which is similar to that described before. The expansion tank 4 , the filler neck 15 and the vacuum throttle 22 are combined in this example in one unit and instead of the Venturi tube a second coolant pump 11.2 is immediately used in the area of the expansion tank 4 . The vehicle interior heater 12 is flowed through in this example by liquid coolant, which flows directly from the internal combustion engine 1 via a further thermostat valve 24 into the vehicle interior heater 12 .

Zusammenfassend ergibt sich, daß die verdampfungsgekühlte Verbrennungskraftmaschine mit dem druckbeaufschlagbaren Kühl system besonders gute Gebrauchseigenschaften aufweist. Der Systemdruck und die Kühlmitteltemperatur sind unabhängig voneinander regelbar bei Verwendung eines Venturirohres als zweite Pumpvorrichtung kann die beispielsweise elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpe klein, kompakt und preiswert ausgeführt sein, ohne daß sich Nachteile bezüglich der Ge brauchseigenschaften ergeben würden.In summary, it follows that the evaporatively cooled Internal combustion engine with pressurized cooling system has particularly good usage properties. The System pressure and coolant temperature are independent adjustable from each other when using a Venturi tube as the second pumping device can be electrical, for example driven coolant pump small, compact and inexpensive be carried out without disadvantages in terms of Ge would result in useful properties.

Claims

1. Evaporation-cooled internal combustion engine, comprising a pressurizable cooling system through which a coolant can flow, with at least one condensation cooler, at least one coolant pump and an expansion tank, the expansion tank being connected to the cooling circuit by means of a connecting line, characterized in that the expansion tank ( 4 ) in the main flow direction ( 9 ) immediately in front of the coolant pump ( 11 ) that the condensation cooler ( 3 ) via a thermostat ( 6 ) switchable convection cooler ( 7 ) is assigned that the liquid coolant from the convection cooler outlet and the condensate from the condenser cooler outlet in a feed line to the internal combustion engine ( 1 ) is brought together in a node that a pump device for conveying the coolant in the main flow direction ( 9 ) is arranged in the area of the node and that in H Main flow direction ( 9 ) between the condenser cooler outlet and the pump device, a pressure control valve ( 10 ) is arranged.

2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the pump device is formed by a Venturi tube ( 8 ) and that in the Venturi tube ( 8 ) in the region of the lowest passage cross-section condensate can be fed.

3. Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the venturi tube ( 8 ) is formed by a T-shaped line connecting element.

4. Internal combustion engine according to claim 1 to 3, characterized in that the expansion tank ( 4 ) and a vent provided with a filler neck ( 15 ) combined into a structural unit and are fixed to one another in a liquid-conducting manner via a connecting line ( 21 ).

5. Internal combustion engine according to claim 4, characterized in that in the connecting line ( 21 ) a throttle ( 22 ) is arranged which passes through the liquid from the filler neck ( 15 ) in the direction of the expansion tank ( 4 ).

6. Internal combustion engine according to claim 1 to 5, characterized in that the expansion tank ( 4 ) by a separating membrane ( 23 ) is divided into a liquid coolant-containing space ( 16 ) and an expansion space, that the expansion space is connected to the atmosphere via a ventilation opening and that the separating membrane ( 23 ) can only be acted upon by atmospheric pressure.

7. Internal combustion engine according to claim 4 to 6, characterized in that the separating membrane ( 23 ) during the filling of the cooling system ( 2 ) with liquid coolant at the bottom dead center of the expansion tank ( 4 ) can be applied.

8. Internal combustion engine according to claim 1 to 7, characterized in that a vehicle interior heating ( 12 ) is arranged in the cooling system ( 2 ) and that the vehicle interior heating is arranged in a steam-filled zone of the cooling system ( 2 ) during the intended use of the internal combustion engine is.

9. Internal combustion engine according to claim 1 to 8, characterized in that the liquid coolant in the region of the cylinder head ( 24 ) of the internal combustion engine can be fed and that the internal combustion engine is designed as a separator.