DE4317788C2 - Verdampfungskühlsystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verdampfungskühlsystem der im Oberbegriff des 1. Anspruchs angegebenen Art.

Aus der DE-A 40 01 208 ist ein gattungsgemäßes Ver­ dampfungskühlsystem bekannt. Zum Befüllen des Systems ist ein Verschlußdeckel an einem Ausgleichsraum vorgesehen. Dieser Ausgleichsraum geht über in einen Kondensat­ vorratsraum, in dem ein als Schwimmer ausgebildeter Füll­ standsanzeiger angeordnet ist. Das obere Ende des Füll­ standsanzeigers ist derart in den Ausgleichsraum ver­ längert, daß für die Bedienperson eine optische Kontrolle möglich ist. Der Ausgleichsraum und der Kondensatvorrats­ raum sind saugseitig an die Kühlmittelpumpe in der Rück­ laufleitung zu den Kühlräumen der Brennkraftmaschine an­ geschlossen.

Bei Verdampfungskühlsystemen für Brennkraftmaschinen hängt der Flüssigkeitsstand innerhalb des Systems sehr stark von der Temperatur des Kühlmittels und auch vom Be­ lastungszustand der Brennkraftmaschine ab. So kann bei dem bekannten System die Füllstandsanzeige einen minima­ len Kühlmittelstand anzeigen, obwohl eine ausreichende Kühlmittelmenge im System vorhanden ist. Aus diesem Grunde ist auch die bekannte Anordnung zum Anzeigen des Kühlmittelstandes für den Alltagsgebrauch bei technisch nicht versierten Bedienungspersonen nicht geeignet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, hier Abhilfe zu schaffen und ein Anzeigesystem für Verdampfungskühl­ systeme für Brennkraftmaschinen zu schaffen, das einfach aufgebaut ist und nur dann einen minimalen Flüssigkeits­ stand anzeigt, wenn er tatsächlich erreicht ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Anspruches gelöst. Dadurch, daß ein separater Befüll­ behälter vorgesehen ist, der auf der Druckseite der Kühl­ mittelpumpe in der Rücklaufleitung angeordnet ist, wird bei laufender Kühlmittelpumpe solange ein ausreichender Kühlmittelstand angezeigt, wie die Kühlmittelpumpe flüs­ siges Kühlmittel/Kondensat ansaugen kann. Damit wird immer ein ausreichender Kühlmittelstand bei laufender Brennkraftmaschine angezeigt, gleichgültig, welche Tempe­ ratur das Kühlmittel aufweist und welcher Lastzustand ge­ rade anliegt.

Bei stehender Brennkraftmaschine wird dann der tatsächli­ che Kühlmittelstand angezeigt, so daß die Bedienungs­ person entscheiden kann, ob nachzufüllen ist oder nicht.

Hierbei ist es gleichgültig, ob die Brennkraftmaschine im Stillstand vollständig mit Kühlmittel gefüllt ist und dementsprechend der Vorratsbehälter nur eine geringe Vor­ ratsmenge aufweist oder ob die Brennkraftmaschine nur teilgefüllt ist und damit der Vorratsbehälter und even­ tuell der Kondensator zum Teil mit flüssigem Kühlmittel gefüllt sind. Je nach Auslegung des Kühlsystems ist nur darauf zu achten, daß der Füllstandsanzeiger mit Befüll­ behälter bei stehender, kalter Brennkraftmaschine unter normalen Umgebungsbedingungen (keine Schräglage) den Kühlmittelstand sicher erfassen bzw. anzeigen kann.

Die Weiterbildung nach Anspruch 2 hat den Vorteil, daß bei Erreichen des maximalen Kühlmittelstandes ein Einfüllen des Kühlmittels unmöglich ist, da der Füllstandsanzeiger die Einfüllöffnung verschließt.

Eine geeignete Ausbildung des Gegenstandes gemäß Anspruch 2 beschreibt Anspruch 3.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 4 wird eine Er­ leichterung des Befüllvorganges erzielt.

Ist der Befüllbehälter im Stillstand unterhalb des tief­ sten Niveaus der Kühlmittelräume der Brennkraftmaschine angeordnet, so ist die Weiterbildung nach Anspruch 5 hilfreich, da dann sichergestellt ist, daß die Kühlräume der Brennkraftmaschine nicht leerlaufen. Den gleichen Zweck wie ein Syphon kann jedoch auch ein an sich bekann­ tes Rückschlagventil erreichen.

Aus der US-A 1 480 280 ist bei einem Verdampfungskühlsystem für eine Brennkraftmaschine ein umgekehrter syphonartiger Verlauf einer Rücklaufleitung zwischen einer Kühlmittelpumpe und der Brennkraftmaschine an sich bekannt. Jedoch ist hier kein separater Befüllbehälter und dementsprechend auch kein Füllstandsanzeiger bekannt. Wie das Kühlmittel hier eingefüllt wird, ist nicht ersichtlich.

Die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 läßt sich bevorzugt dann anwenden, wenn ein partielles Leerlaufen der Kühlmittelräume der Brennkraftmaschine im Stillstand geduldet werden kann und sich somit im gesamten Kühlsystem ein einheitliches Kühlmittelniveau einstellen kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es stellen dar

Fig. 1a, b eine erste Ausgestaltung des erfindungs­ gemäßen Befüllsystems;

Fig. 2a, b eine alternative Ausgestaltung zu Fig. 1.

In den Figuren ist ganz allgemein und schematisch ein Verdampfungskühlsystem einer Brennkraftmaschine 1 darge­ stellt. Die Brennkraftmaschine besteht aus dem Kurbelge­ häuse 2 und dem Zylinderkopf 3, in denen jeweils Kühl­ räume 4, 5, vorgesehen sind.

Von einem Hochpunkt im Zylinderkopf 3 bzw. von dessen Kühlräumen 5 zweigt eine Vorlaufleitung 6 zu einem Kon­ densator 7 ab. In dieser Vorlaufleitung ist ein Dampf­ abscheider 8 eingebaut.

Der Auslauf 9 aus dem Kondensator 7 für das Kondensat mündet in einem Vorratsbehälter 10. Dieser Vorratsbehäl­ ter 10 ist über eine Rücklaufleitung 11 und eine elek­ trisch angetriebene Kühlmittelpumpe 12 mit der Brenn­ kraftmaschine, insbesondere den Kühlräumen 4, verbunden.

Weiterhin ist eine Leitung 13 vorgesehen, die den Flüs­ sigkeitsraum des Dampfabscheiders 8 mit dem Vorratsbehäl­ ter 10 verbindet. Hierbei ist die Leitung 13 in den Dampfabscheider 8 so angeordnet, daß ein ausreichender Flüssigkeitsstand ermöglicht wird um sicherzustellen, daß die Kühlräume immer mit Flüssigkeit gefüllt sein können und die Vorlaufleitung am Zylinderkopf 3 nicht luft­ gefüllt ist.

Auf der Druckseite der Kühlmittelpumpe 12 ist in der Rücklaufleitung 11 ein Befüllbehälter 14 eingebaut. Die­ ser Befüllbehälter ragt in diesem Beispiel mit seinem un­ teren Ende bis auf das Niveau des Grundes des Vorrats­ behälter 10. Allgemein ist es ausreichend, wenn sein un­ teres Ende bis auf das Niveau des minimal erlaubten Flüs­ sigkeitsstandes bei stehender Brennkraftmaschine reicht. Sein oberes Ende 16 weist eine Einfüllöffnung 17 auf, die von einem Verschlußstopfen 18 verschließbar ist.

In dem Befüllbehälter 14 ist ein als Schwimmer ausgebil­ deter Füllstandsanzeiger 19 angeordnet, der bis in den Bereich der Einfüllöffnung 17 ragt. In diesem Bereich ist der Befüllbehälter 14 mit Min- und Max-Marken versehen, wobei der Füllstandsanzeiger 19 eine entsprechende opti­ sche Ausgestaltung aufweist, so daß es für die Bedie­ nungsperson möglich ist, den Füllstand abzulesen.

Darüber hinaus ist in dem Befüllbehälter oberhalb des Min-/Max-Standes ein Einbau 20 vorgesehen, der den Durch­ trittsquerschnitt verjüngt. Das obere Ende des Füll­ standsanzeiger 19 ist derart ausgestaltet, daß bei Füll­ stand max der Füllstandsanzeiger mit dem Einbau 20 einen Verschlußstopfen bildet.

Da in diesem Beispiel der Füllstandsanzeiger 19 an den Wänden des Befüllbehälters 14 geführt ist, weist er zum Durchtritt des flüssigen Kühlmittels zum unteren Ende 15 Längsbohrungen 21 auf.

Bei dem in Fig. 1a, b, dargestellten Kühlsystem handelt es sich um ein teilgefülltes Verdampfungskühlsystem, bei dem auch im Stillstand und bei kalter Brennkraftmaschine die Kühlräume 4 und 5 ständig mit Kühlmittel gefüllt sind. Ebenso ist der Vorlaufleitungsabschnitt in dem Dampfabscheider und der Boden des Dampfabscheiders mit Kühlmittel bedeckt, weshalb die Leitung 13 nach Art einer Überlaufleitung in dem Dampfabscheider 8 angeordnet ist. Weiterhin befindet sich Kühlmittel in dem Vorratsbehälter 10 sowie in der Rücklaufleitung 11. Alle übrigen Räume sind in dem genannten Zustand mit Luft gefüllt, also leer.

Damit sichergestellt ist, daß das Kühlmittel die Kühl­ räume 4 und 5 im Stillstand der Brennkraftmaschine nicht verläßt, ist die Rücklaufleitung 11 nach Art eines umge­ kehrten Syphons 22 verlegt, der an seiner höchsten Stelle eine als Belüftungsleitung wirkende Stichleitung 23 zum Luftraum des Dampfabscheiders 8 besitzt.

In Fig. 1a ist das Kühlsystem der Brennkraftmaschine bei stehender Kühlmittelpumpe und minimalen Kühlmittel­ stand dargestellt. Dementsprechend befindet sich nur ein geringer Kühlmittelanteil im Vorratsbehälter 10 und - da der Befüllbehälter auf dem gleichen Niveau angeordnet ist - auch dort nur ein geringer Kühlmittelstand. Dieser wird von dem Füllstandsanzeiger 19 angezeigt, so daß nunmehr nach Entfernen des Verschlußstopfens 18 aufgrund des Ein­ baues 20 und der Bohrungen 21 Kühlmittel nachgefüllt wer­ den kann. Es wird solange Kühlmittel nachgefüllt, bis der Füllstandsanzeiger 19 die Max-Marke erreicht hat. Hierbei werden dann gleichzeitig von dem oberen Ende des Füll­ standsanzeigers 19 aufgrund des Einbaues 20 die Bohrungen 21 verschlossen, so daß kein Kühlmittel mehr eingefüllt werden kann.

Dieser Zustand ist in Fig. 1b dargestellt. Da auch die Durchgangsbohrungen 21 durch den Einbau 20 verschlossen sind, ist damit sichergestellt, daß kein Kühlmittel von der Pumpe durch den Füllstandsanzeiger zum Kondensator gefördert werden kann und dort die Kondensation behin­ dert, da der Wärmeübergang von benetzten Kon­ densatorflächen wesentlich geringer ist als mit Kühlmitteldampf in Berührung kommende Kondensa­ torflächen.

Während des Betriebes der Brennkraftmaschine wird der ebenfalls in Fig. 1b gezeigte maximale Kühlmittelstand unabhängig von der Temperatur des Kühlmittels und dem Lastzustand in der Brennkraftmaschine erreicht, da der Befüllbehälter auf der Druckseite der Kühlmittelpumpe 12 angeordnet ist. Da die Kühlmittelpumpe so gesteuert wird, daß die Kühlräume 4 und 5 der Brennkraftmaschine 1 stän­ dig mit flüssigem Kühlmittel gefüllt sind, ist damit auch die Rücklaufleitung 11 sowie der Befüllbehälter ständig mit flüssigem Kühlmittel gefüllt. Dadurch wird der Schwimmer auf der Max-Stellung gehalten, wobei er gleich­ zeitig aufgrund des Einbaues 20 den Befüllbehälter ver­ schließt.

Somit ist bei diesem System ausgeschlossen, daß techni­ sch unerfahrene Bedienungspersonen bei stehender oder laufender Kühlmittelpumpe versuchen, Kühlmittel nach­ zufüllen, wenn aufgrund des Belastungszustandes wenig flüssiges und viel dampfförmiges Kühlmittel vorhanden ist.

Erst wenn die laufende Kühlmittelpumpe 12 kein oder zu wenig flüssiges Kühlmittel/Kondensat mehr ansaugen kann, sinkt der Füllstandsanzeiger 19 und zeigt so einen kriti­ schen Zustand auch bei laufender Brennkraftmaschine an. Hierbei würde jedoch bereits vorher im Stand der Brennkraftmaschine der minimale Kühlmittelstand angezeigt und somit die Einfüllöffnung im Befüllbehälter freige­ geben.

In Fig. 2a, b ist die gleiche Befüllanordnung für ein Verdampfungskühlsystem für Brennkraftmaschinen darge­ stellt, bei dem im Stillstand die Kühlräume im Zy­ linderkopf vollständig und im Kurbelgehäuse zumindest teilweise mit Luft gefüllt sind, weil in der Rücklauflei­ tung keine Rückflußverhinderung (Rückschlag-Ventil, Syphon) vorgesehen ist. Es wird sich also ein einheit­ liches Kühlmittelniveau einstellen. Dementsprechend sind die zum vollständigen Befüllen der Kühlräume der Brenn­ kraftmaschine notwendigen Kühlmittelmengen im Kondensator zwischengespeichert. Dies gilt - wie gesagt - nur bei kalter, nicht in Betrieb befindlicher Brennkraftmaschine und stehender Kühlmittelpumpe. In diesem Fall ist dann der Befüllbehälter so angeordnet, daß er die entsprechen­ den Niveaustände Maximalstand und Minimalstand erfassen kann, d. h. der Befüllbehälter ist auf einem anderen Ni­ veau als der Vorratsbehälter 10 angeordnet.

Auch in Fig. 2a, b ist der Befüllbehälter in der Rück­ laufleitung 11′ auf der Druckseite der Kühlmittelpumpe 12 angeordnet. Im Gegensatz zum umgekehrt syphonartigen Verlauf der Rücklaufleitung 11 in Fig. 1a, b, verläuft diese in Fig. 2 zwischen dem Befüllbehälter 14′ und dem Kur­ belgehäuse 2 der Brennkraftmaschine 1 fallend. Damit stellt sich bei stehender Brennkraftmaschine ein Niveau­ ausgleich des flüssigen Kühlmittels zwischen Brennkraft­ maschine 1, Befüllbehälter 14′, Vorratsbehälter 10 und Kondensator 7 ein. Der dann erreichte, höchst zulässige Kühlmittelstand ist mit I bezeichnet.

Aufgrund dieser Anordnung liegt der minimale Füllstand bei kalter, stehender Brennkraftmaschine auch auf einem höheren Niveau als bei der Anordnung nach Fig. 1, da im­ mer noch genügend flüssiges Kühlmittel vorrätig gehalten werden muß, um beim Starten der Kühlkraftmaschine mit Hilfe der Kühlmittelpumpe alle Brennräume der Brennkraft­ maschine mit flüssigem Kühlmittel zu füllen. Dieses mini­ male Niveau bei stehender Kühlmittelpumpe ist in Fig. 2a mit II bezeichnet.

Zu Fig. 2b sind die zuvor beschriebenen Füllstände bei laufender Kühlmittelpumpe dargestellt. Hierbei entspricht I′ dem maximalen Füllniveau, während das minimale Kühl­ mittelniveau im Betrieb der Brennkraftmaschine (laufende Kühlmittelpumpe) mit II′ bezeichnet ist. Dieses Niveau liegt bezüglich des Vorratsbehälters auf der gleichen Höhe wie in der Anordnung nach Fig. 1, nämlich auf einem solchen Niveau, daß die Kühlmittelpumpe 12 gerade noch flüssiges Kühlmittel ansaugen kann. Ist er erreicht, be­ deutet dies im Befüllbehälter, daß minimaler Kühlmittel­ stand angezeigt wird. Dies bedeutet, daß der Füll­ standsanzeiger 19′ abgesunken ist. So ist dann für die Bedienungsperson sichtbar, daß Kühlmittel nachgefüllt werden muß.

Claims (7)

1. Verdampfungskühlsystem für eine Brennkraftmaschine, die Kühlräume aufweist, die zumindest im Betrieb mit flüssigem Kühlmittel gefüllt sind,

• - mit einer Vorlaufleitung zu einem Kondensator, in der ein Dampfabscheider eingebaut ist,
• - mit einem Kondensatvorratsbehälter in einer Rücklaufleitung zu den Kühlräumen der Brennkraftmaschine, an den sowohl der Dampfabscheider als auch der Ausgang des Kondensators angeschlossen ist,
• - mit einem Kühlmittelfüllstandsanzeiger und einem Verschlußdeckel für das Kühlsystem, und
• - mit einer Kühlmittelpumpe, die in der Rücklaufleitung eingebaut ist und deren Saugseite mit dem Kondensatvorratsbehälter verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß in der Rücklaufleitung (11, 11′) auf der Druckseite der Kühlmittelpumpe (12) ein Befüllbehälter (14, 14′) vorgesehen ist, in dem der Füllstandsanzeiger (19, 19′) angeordnet ist und der von dem Verschlußdeckel (18) verschlossen ist.

2. Verdampfungskühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstandsanzeiger (19, 19′) an seinem oberen als optische Anzeige ausgebildeten Ende (16) derart ausgestaltet ist, daß er bei maximalem Kühlmittelstand bei kalter Brennkraftmaschine (1) die Einfüllöffnung (17) verschließt.

3. Verdampfungskühlsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Füllstandsanzeigers (19, 19′) als Kegelstumpf aus­ gebildet ist, der mit einem kongruierenden Gehäuse­ abschnitt (20) des Befüllbehälters (14, 14′) zusammenwirkt.

4. Verdampfungskühlsystem nach einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine bei aufgesetztem Verschlußdeckel (18) verschlossene Belüftungsleitung vom Befüllbehälter (14, 14′) zu einem bei kalter Brennkraftmaschine mit Luft gefülltem Raum (Kondensator 7) führt.

5. Verdampfungskühlsystem nach einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklaufleitung (11) zwischen dem Befüllbehälter (14) und den Kühl­ mittelräumen (4, 5) einen umgedrehten syphonartigen Verlauf (22) nimmt, wobei an der höchsten Stelle des Syphons eine Stichleitung (23) zu einem bei kalter Brennkraftmaschine (1) mit Luft gefüllten Raum (Dampfabscheider 8) abzweigt.

6. Verdampfungskühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt der Rücklaufleitung (11′) zwischen dem Befüllbehälter (14′) und der Brennkraftmaschine (1) fallend zu den Kühlräumen (4) im Kurbelgehäuse (2) der Brennkraftmaschine (1) hin verläuft und daß der Befüllbehälter (14′) geodätisch höher als der Vorratsbehälter (10) angeordnet ist.