DE4341927A1 - Teilgeflutetes Verdampfungskühlsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein teilgeflutetes Ver­ dampfungskühlsystem nach dem Oberbegriff des 1. An­ spruchs.

Ein derartiges System ist beispielsweise aus der DE-A 40 01 208 bekannt. Hier ist der Vorratsbehälter unterhalb des Kondensators angeordnet. Dadurch ist eine Mindestbau­ höhe vorgegeben, die nicht immer bei heutigen Fahrzeugen sichergestellt werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, hier Abhilfe zu schaffen und eine Anordnung und Ausgestaltung für einen Vorratsbehälter für flüssiges Kondensat bei einem gattungsgemäßen Kühlsystem vorzuschlagen, das einfach im Aufbau ist und einen möglichst geringen Aufwand für die Befüllung und die Kontrolle des Füllstandes aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des 1. Anspruchs gelöst. Damit wird vom Aufbau her im Bereich des Kondensators ein Kühlsystem ge­ schaffen, das identisch ist mit den heute üblichen Kon­ vektionskühlsystemen und so auch befüllt werden kann. Da­ durch wird auch die Bauhöhe auf heute übliche Maße redu­ ziert, so daß Einbauprobleme minimiert werden. Die Länge der Be-/Entlüftungsleitung bestimmt hierbei die Befüll­ höhe bei kalter Brennkraftmaschine. Dadurch kann das System sehr einfach an unterschiedliche Kühlsystemgrößen angepaßt werden, in dem einzig und allein die Be- /Entlüftungsleitung verkürzt oder verlängert wird. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß durch die seitliche Anordnung des Vorrats­ behälters und seine Anbindung an den Kondensatsammel­ kasten des Kondensators eine bestmögliche Funktions­ sicherheit auch bei extremen Fahr- und Fahrzeugzuständen gegeben ist, da immer sichergestellt ist, daß der Konden­ satpumpe ausreichend flüssiges Kondensat auf ihrer Saug­ seite zur Verfügung steht.

Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Weiterbil­ dungen der Erfindung.

Durch Anspruch 2 wird insbesondere verhindert, daß ein übermäßiger Dampfeintritt in den Ausgleichsbehälter bei voll beaufschlagtem Kondensator mit Dampf geschieht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines ausgewählten Beispiels näher erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 einen schematisierten Querschnitt durch ein teilgeflutetes Verdampfungskühl­ system nach der Erfindung;

Fig. 2 das System nach Fig. 1 bei der Erstbe­ füllung;

Fig. 3 bis 6 das System gemäß Fig. 1 bei verschie­ denen Belastungszuständen.

In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 mit Ver­ dampfungskühlsystem dargestellt. Es besteht aus den Kühl­ räumen 2 im Kurbelgehäuse 3 sowie den Kühlräumen 4 im Zy­ linderkopf 5.

Vom Zylinderkopf 5 führt eine Vorlaufleitung 6 zu einem Dampfabscheider 7.

Der Dampfabscheider 7 ist mit dem Eintrittsstutzen 8 eines Querstromkondensators 9 verbunden. Dementsprechend weist der Kondensator 9 einen seitlichen Einlaufsammel­ kasten 10 und einen Auslaufsammelkasten 11 auf.

Eine Verbindungsleitung 12 verbindet die beiden Sammel­ kästen 10 und 11 an ihrem unteren Ende und führt über eine Rücklaufleitung 13 zu einer Kondensatförderpumpe 14. Vor der Kondensatförderpumpe 14 mündet in die Rücklauf­ leitung 13 die Kondensatleitung 15, die vom Dampfabschei­ der 7 abzweigt.

Die Kondensatförderpumpe 14 fördert das flüssige Konden­ sat über die Leitung 16 in den unteren Teil der Kühlräume 2 im Kurbelgehäuse 3.

Seitlich neben dem Kondensatsammelkasten 11 ist in ein­ stückiger Ausbildung mit ihm der Vorratsbehälter 17 ange­ ordnet. An seinem unteren Ende ist eine Durchtritts­ öffnung 18 angeordnet, die den Vorratsbehälter 17 mit dem Kondensatsammelkasten 11 verbindet.

Von seinem oberen Ende 19 zweigt über eine Drosselstelle 20 eine Be-/Entlüftungsleitung 21 aus dem Vorratsbehälter 17 ab und verläuft im Kondensatsammelkasten 11 bis auf das Niveau I. Der Beginn der Be-/Entlüftungsleitung 21 im Bereich 19 liegt auf einem Niveau II, welches unterhalb der Unterkante des Eintrittsstutzens 8 in den Kondensator 9 verläuft.

Der Vorratsbehälter 17 weist einen Verschlußdeckel 22 auf, der zum Einfüllen des flüssigen Kondensats in den Vorratsbehälter dient. Weiterhin zweigt von dem Vorrats­ behälter 17 eine Verbindungsleitung 23 zur Umgebung hin ab. Damit kein Schmutz von der Umgebung in diese Verbin­ dungsleitung 23 eintritt, weist sie an ihrem freien Ende eine entsprechend gestaltete Öffnung und/oder ein Moleku­ larsieb auf. Weiterhin ist das freie Ende der Verbin­ dungsleitung 23 so angeordnet, daß es vom Fahrtwind ge­ kühlt werden kann. Dadurch wird sichergestellt, daß nahezu kein Kühlmittel auch im dampfförmigen Zustand ent­ weichen kann.

In Fig. 2 ist das System nach Fig. 1 nach einer Erstbe­ füllung bei stehender Kühlmittelpumpe dargestellt. Zur Erstbefüllung wird der Verschlußdeckel 22 geöffnet und solange Kondensat eingefüllt, bis im Vorratsbehälter 17 das Kondensat über das Niveau II steht. Hierbei ist dann die Be-/Entlüftungsleitung 21 vollständig sowie der Kon­ densator 9 mit seinen Sammelkästen 10 und 11 teilweise mit Kondensat gefüllt. Weiterhin sind vollständig mit Kondensat gefüllt die Sammelleitung 12 und die Konden­ satrücklaufleitung 13.

Auf gleichem Füllniveau wie der Kondensator 9 steht das Kondensat in den Leitungen 15 und 16. Die Füllhöhe in Leitung 16 ergibt sich dadurch, daß die Kondensatförder­ pumpe 14 nicht vollständig in Ruhestellung sperrt, son­ dern nur einen erhöhten Durchflußwiderstand darstellt.

Die Anordnung nach Fig. 3 stellt sich dann ein, wenn bei dem gemäß Fig. 2 befüllten und durch den Verschlußdeckel 22 verschlossenen System die Kühlmittelförderpumpe 14 eingeschaltet wird.

Hierdurch wird das Kondensat in die Kühlräume 2 und 4 sowie in die Vorlaufleitung 6 bis zum Dampfabscheider 7 gepumpt. Vom Dampfabscheider 7 läuft es durch die Leitung 15 zur Kondensatrücklaufleitung 13 und damit zur Saug­ seite der Kondensatförderpumpe 14. Durch diesen Vorgang wird die Luft in den vorher ungefüllten Räumen verdrängt und kann über die Be-/Entlüftungsleitung 21 und die Ver­ bindungsleitung 23 entweichen. Dadurch sinkt gleichzeitig der Kondensatstand in dem Vorratsbehälter 17 auf das Niveau I, welches dem Kaltbefüllungsstand bei stehender Brennkraftmaschine entspricht.

Wird bei einer Kontrolle des Füllniveaus und stehender Brennkraftmaschine dieses Niveau unterschritten, so muß die Bedienungsperson flüssiges Kondensat, sprich Kühl­ mittel, nachfüllen.

Der Zustand in Fig. 4 stellt sich in dem Kühlsystem nach Fig. 2 dann ein, wenn die Brennkraftmaschine gestartet worden ist und im Teillastbereich arbeitet, d. h. Wärme an das flüssige Kondensat abgibt, so daß sich erste Dampf­ blasen in den Kühlräumen 2 und 4 bilden können. Durch die laufende Kondensatförderpumpe wird sichergestellt, daß die Kühlräume der Brennkraftmaschine ständig mit flüssi­ gem Kondensat versorgt werden. Überschüssiges Kondensat sowie sich bildender Dampf mit flüssigem Kondensat ver­ mischt werden über die Vorlaufleitung 6 zum Dampf­ abscheider 7 gefördert, wo sich der Dampf vom flüssigen Kühlmittel trennt. Der Dampf gelangt dann in den Einlaß­ stutzen 8 des Kondensators 9, wo er kondensieren kann. Durch die Dampfbildung sinkt der Kondensatstand im Kon­ densator und seinen Sammelkästen, so daß die Be- /Entlüftungsleitung 21 an ihrem unteren Ende nicht mehr ins Kondensat eintaucht. Dadurch kann die durch den Dampf verdrängte Luft aus dem Kondensator in den Vorratsbehäl­ ter 17 entweichen und von dort weiter über die Verbin­ dungsleitung 23 ins Freie. Durch den ansteigenden Druck im System erhöht sich der Kondensatstand im Vorratsbehäl­ ter 17 leicht über das Befüllniveau I.

Bei Vollast ergibt sich der in Fig. 5 dargestellte Zu­ stand. Er unterscheidet sich durch den Lastzustand nach Fig. 4 dadurch, daß nunmehr praktisch der gesamte Kon­ densator 9 von Dampf gefüllt ist. Dadurch sinkt der Kon­ densatstand im Kondensator 9 weiter, während er sich im Vorratsbehälter 17 weiter erhöht. Aufgrund der Drossel­ stelle 20 entweicht keiner oder nur wenig Dampf durch die Be-/Entlüftungsleitung 21 in den Vorratsbehälter 17 und weiter in die Verbindungsleitung 23. Aufgrund der Lage ihres Endes im Fahrtwind kondensiert er dort und kann bei abnehmender Motorlast wieder zurückgesaugt werden in den Vorratsbehälter 17.

Der Zustand der abnehmenden Last ist in Bild 6 darge­ stellt. Abnehmende Notorlast bedeutet auch abnehmende Dampfblasenbildung und Zunahme des flüssigen Kondensats Dadurch sinkt auch der Druck im Kühlsystem, so daß über die Verbindungsleitung 23, den Vorratsbehälter 17, die Drossel 20 und die Be-/Entlüftungsleitung 21 Umgebungs­ luft nachgeführt werden kann. Somit wird Unterdruck im System verhindert. Bei diesem Lastzustand sinkt der Kon­ densatstand im Vorratsbehälter unter das Befüllniveau I.

Claims (7)

1. Teilgeflutetes Verdampfungskühlsystem für Brenn­ kraftmaschinen mit einem Kondensator und einem Vor­ ratsbehälter für flüssiges Kondensat, der über eine Verbindungsleitung mit der Umgebung in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (17) seitlich am Kondensator (9) angeordnet und in­ tegraler Bestandteil des Kondensators (9) ist, daß der Vorratsbehälter (17) bis auf den Grund des be­ nachbarten Kondensatsammelkastens (11) reicht, daß in diesem Bereich eine Strömungsverbindung (18) zwischen dem Vorratsbehälter (17) und dem Konden­ satsammelkasten (11) vorgesehen ist und daß vom oberen Bereich des Vorratsbehälters (17) eine Be- /Entlüftungsleitung (21) in den benachbarten Kon­ densatsammelkasten (11) bis auf das Befüllniveau I bei kalter Brennkraftmaschine (1) verläuft.

2. Teilgeflutetes Verdampfungskühlsystem nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Beginn der Be- /Entlüftungsleitung (21) im Vorratsbehälter (17) eine Drosselstelle (20) vorgesehen ist.

3. Teilgeflutetes Verdampfungskühlsystem nach An­ spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (17) von einem Verschlußdeckel (22) mit Überdruck­ ventil verschlossen ist.

4. Teilgeflutetes Verdampfungskühlsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (9) als Querstromkondensator ausgebildet ist.

5. Teilgeflutetes Verdampfungskühlsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (17) zumindest teilweise durchsichtige Außenwände aufweist.

6. Teilgeflutetes Verdampfungskühlsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn der Be- /Entlüftungsleitung (21) unterhalb des Eintritts­ stutzens (8) des Dampfes in dem Kondensator (9) liegt.

7. Teilgeflutetes Verdampfungskühlsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Niveauschalter am Grund des Vorratsbehälters eingebaut ist.