DE4222913C2 - Verdampfungskühlsystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verdampfungskühlsystem, wie es aus der DE-C 36 15 974 bekannt ist. Bei dem dort gezeigten Verdampfungskühlsystem für eine Brennkraftmaschine sind nicht sämtliche Kühlräume der Brennkraftmaschine stän­ dig mit Kühlflüssigkeit gefüllt. Vielmehr ist dort vorgesehen, daß im Zylinderkopf ein Dampfabscheideraum übrigbleibt, so daß ein separater Dampfabscheider nicht notwendig ist. Dies bedeutet eine aufwendige Füllstandsregelung, damit der Dampfabscheideraum im Zylinderkopf immer während aller Betriebszustände der Brennkraftmaschine erhalten bleibt.

Daneben ist eine Be- und Entlüftungsleitung beschrieben, die von einem Aus­ gleichsbehälter unter Zwischenschaltung eines steuerbaren Ventils in die Umge­ bung führt. Diese Be- und Entlüftungsleitung ist mit Kühlrippen versehen, um dampfförmiges Kühlmittel, das die Leitung bei geöffnetem Ventil erreichen könnte, zu kondensieren und in den Vorratsbehälter zurückzuführen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, zum einen eine gute Kühlung der Be- und Entlüftungsleitung selbst bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen durch einfache Maßnahmen zu gewährleisten und darüber hinaus den Steuerungsauf­ wand für einen im Zylinderkopf vorhandenen Dampfabscheideraum zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Dampfabscheider als separates Bau­ teil in der Vorlaufleitung zwischen der Brennkraftmaschine und dem Kondensator eingebaut ist und daß die Be- und Entlüftungsleitung derart im Bereich des Kon­ densators verläuft, daß sie durch den vom Ventilator des Kondensators erzeugten Luftstrom gekühlt wird. Damit ist es möglich, die Kühlräume der Brennkraft­ maschine immer vollständig mit Kühlmittel gefüllt zu lassen, so daß der Steuerungsaufwand für einen separaten Dampfabscheideraum innerhalb der Brennkraftmaschine und damit auch die Gefahr der Überhitzung, wenn der Kühl­ mittelstand innerhalb der Brennkraftmaschine zu stark absinkt, vermieden wird. Durch die Verlegung der Be- und Entlüftungsleitung in den durch den Ventilator erzeugten Luftstrom wird sichergestellt, daß gerade bei hohem Dampfanfall, bei dem der Ventilator eingeschaltet ist zur Rückkühlung, auch sichergestellt ist, daß kein Dampf durch die Be- und Entlüftungsleitung in die Umgebung entweichen kann. Damit wird ein Kühlmittelverlust durch die Be- und Entlüftungsleitung zuver­ lässig verhindert. Außerdem ist es damit möglich, das aus dem Stand der Technik bekannte temperaturabhängig gesteuerte Ventil und das ebenfalls vorgesehene Überdruckventil fortzulassen und das Verdampfungskühlsystem mit Umgebungs­ druck arbeiten zu lassen.

Eine Erhöhung der Kühlmöglichkeit besteht darin, den Kondensator des Ver­ dampfungskühlsystems heranzuziehen und in ihm einen Teilbereich zu trennen von dem eigentlichen Kühlkreislauf und durch den abgetrennten Bereich den Be- und Entlüftungsstrom zu führen (Anspruch 2). Dies ist sowohl bei Fallstrom- als auch bei Querstrom-Kondensatoren möglich, wobei im letzteren Fall diese leicht geneigt angeordnet werden sollten, um den Kondensatorrücklauf sicherzustellen.

Eine zusätzliche Sicherheit, daß nur trockene Luft aus dem Kühlsystem entwei­ chen kann, bringt die Weiterbildung nach Anspruch 3. Dadurch wird zuverlässig das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit verhindert, aber ein Luft- und Druckaustausch des Kühlsystems mit der Umgebung erlaubt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben:

Es stellen dar:

Fig. 1 einen schematisierten Aufbau eines Verdampfungskühlsystems;

Fig. 2a, b einen schematisierten Querschnitt durch einen Fallstromkonden­ sator;

Fig. 2c, d einen schematisierten Querschnitt durch einen Querstromkühler

In Fig. 1 ist das Verdampfungskühlsystem schematisiert mit einer ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung dargestellt. Es besteht aus einem Zylinder 1 sowie einem Zylinderkopf 2 eines sonst nicht näher dargestellten Motors 3, die mit Kühlkanälen 4 und 5 bzw. Kühlräumen versehen sind.

Am höchsten Punkt der Kühlräume 5 im Zylinderkopf 2 zweigt eine Vorlaufleitung 6 ab. Diese führt zu einem Dampfabscheider 7. Der Dampfabscheider 7 ist mit Hilfe einer Überlaufleitung 8 in einen unteren kühlmittelge­ füllten Raum 9 und einen oberen luft- bzw. dampfgefüllten Raum 10 unterteilt. Aus dem oberen Raum 10 verläuft die Vorlaufleitung 6.1 zu einem als Kondensator arbeitenden Wärmetauscher 11, der mit einem Ventilator zum Erzeugen eines Kühlluftstromes versehen ist. Dieser Wärmetauscher 11 weist seitlich einen Auslaufbereich 12 für das kondensierte Kühlmittel auf.

Ein Kondensat-Sammelbehälter 13 weist in seinem unteren Bereich einen Vorratsraum 14 auf, der ständig mit konden­ siertem Kühlmittel gefüllt ist. Der restliche Raum ist luftgefüllt. Der Wärmetauscher 11 ist über den Auslauf­ bereich 12 und die Leitung 15 ebenso wie der Dampfab­ scheider 7 über die Überlaufleitung 8 mit dem Kondensat- Sammelbehälter 13 verbunden. Aus dem Vorratsraum, bevor­ zugt aus seiner tiefsten Stelle, führt eine Kühlmittel­ vorlaufleitung 16 unter Zwischenschaltung einer Konden­ satpumpe 17 zurück in die Kühlkanäle 4 bzw. in die Kühl­ räume des Motors 1. Hier tritt die Leitung 16 in den unteren Bereich der Kühlräume bzw. Kühlkanäle ein.

Der Kondensat-Sammelbehälter weist an seinen höchsten Punkten eine aus einer oder mehreren Teilleitungen zusammengesetzte Be- und Entlüftungsleitung 18 auf, die auf der Zuluftseite des Kondensators 11 angeordnet ist. Dadurch wird bei laufendem Ventilator immer auch ein Kühlluftstrom erzeugt für die Be- und Entlüftungsleitung 18, der ein Auskondensieren des Dampfes sicherstellt. Ihr Ende ist zur Atmosphäre hin offen, aber gegen Eindringen von Verunreinigungen geschützt.

Der Zylinder 1 sowie der Zylinderkopf 2 - bei mehr­ zylindrigen Brennkraftmaschinen sämtliche Zylinder und der gesamte Zylinderkopf - sowie die Vorlaufleitung 6, der Raum 9 des Dampfabscheiders 7 sowie der Vorratsraum 14 und die Leitung 16 sind im kalten Zustand mit flüssigem Kühlmittel gefüllt. Alle übrigen Räume, also der Raum 10 des Dampfabscheiders 7, die Vorlaufleitung 6.1, der Wärmetauscher 11 sowie der obere Teil des Kon­ densat-Sammelbehälters 13 und die Leitung 18 sind mit Luft gefüllt.

Beim Erwärmen der Brennkraftmaschine im Betrieb bildet sich Dampf, der Luft aus den luftgefüllten Räumen ver­ drängt. Verdrängt wird die Luft in den Kondensat-Sam­ melbehälter 13 und weiter über die Leitung 18 in die Um­ gebung. Da beim Kühlen eines feuchten Gases die darin enthaltene Flüssigkeit auskondensiert und während des Be­ triebes der Brennkraftmaschine in die Be- und Ent­ lüftungsleitung 18 mit Kühlmitteldampf befeuchtete Luft eindringt, wird sie gekühlt. Das Kondensat kann aufgrund der Ausgestaltung der Leitung 18 wieder zurück in den Vorratsraum 14 strömen. Auf diese Art und Weise ist si­ chergestellt, daß nur trockene Luft aus dem Kühlsystem entweicht. So wird zuverlässig verhindert, daß Kühlmit­ teldampf entweicht, was anderenfalls auf Dauer zu einem unzulässigen Verlust an Kühlmittel führen würde.

In Fig. 1 ist die Kühlluftzufuhr zum Kühlen der Leitung 18 bzw. ihres verrippten Bereichs 19 mit dem Pfeil 20, die Wärmeabfuhr mit dem Pfeil 21 symbolisiert.

Eine Erhöhung der Sicherheit, daß nur trockene Luft aus dem Kühlsystem entweicht, ist dann gegeben, wenn das of­ fene Ende der Leitung 18 mit einem semipermeablen Mate­ rial, beispielsweise einem Molekularsieb 22, verschlossen ist. Diese semipermeable Wand verhindert das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit, gestattet aber einen Luft- und Druckaustausch des Kühlsystems mit der Umgebung. Zusätzlich findet an diesem Sieb eine weitere Trocknung der Luft statt.

In den Fig. 2a bis 2d sind bauliche Alternativen vom Wärmetauscher 11 mit integrierter Leitung 18 dargestellt.

In Fig. 2a, b ist im Gegensatz zu der Anordnung nach Fig. 1 der Kondensat-Sammelbehälter 13 in den Wärmetau­ scher 11 integriert und befindet sich in dessen Fuß. Der Kondensator ist als Fallstromwärmetauscher ausgebildet mit einem oberen Kühlmitteldampfeintrittsraum 26 und einem unteren Kondensatablaufraum 27. Der Konden­ satablaufraum 27 ist durch ein Leitblech 28 von dem Kondensat-Sammelbehälter 13 getrennt.

Aus dem Kondensat-Sammelbehälter 13 steigt die Be- und Entlüftungsleitung 18 durch den Wärmetauscher 11 auf. Sie durchdringt auch den Kühlmitteldampfeintrittsraum 20. Die Leitung 18 ist gegenüber den Dampfräumen bzw. dem Raum 12 im Wärmetauscher 11 abgedichtet.

In Fig. 2c, d ist anstelle eines Fallstromwärmetauschers ein Querstromwärmetauscher 11.2 dargestellt. Auch hier durchdringt die Be- und Entlüftungsleitung 18 den Wärme­ tauscher 11.2 entsprechend seines Aufbaues von einer Seite zur anderen.

Um hier sicherzustellen, daß das Kondensat zurück in den Kondensat-Sammelbehälter läuft, der in diesem Beispiel außerhalb des eigentlichen Wärmetauschers angeordnet ist, ist der gesamte Wärmetauscher geneigt, ca. 5° bis 10°, angeordnet.

Die Wirkungsweise der Be- und Entlüftungsleitung 18 ist in allen Beispielen gleich.

Claims (3)

1. Verdampfungskühlsystem für eine Brennkraftmaschine, bestehend aus innerhalb der Brennkraftmaschine mit Kühlflüssigkeit vollständig gefüllten Kühlräumen (4, 5), einer Vorlaufleitung (6) zu einem Kondensator (11), in der ein Dampfabscheider (7) eingebaut ist, einem Kondensatsammelbehäl­ ter (13), einer Kühlmittelrücklaufleitung (16) mit einer in die Kühlräume för­ dernden Pumpe (17) sowie einer mit der Umgebung verbundenen Be- und Entlüftungsleitung (18), die vom Kondensatsammelbehälter (13) abzweigt, wobei die Be- und Entlüftungsleitung (18) derart im Bereich des Kondensa­ tors (11) verläuft, daß sie durch den vom Ventilator des Kondensators (11) erzeugten Luftstrom gekühlt wird.

2. Verdampfungskühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Konden­ sators (11) vom Verdampfungskühlsystem abgetrennt ist und dieser abgetrennte Teil als Leitung (18) verwendet wird.

3. Verdampfungskühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende der Lei­ tung (18) von einem luftdurchlässigen Material (Molekularsieb 22) abgeschlossen ist.