DE4342473C2

DE4342473C2 - Evaporative cooling system for an internal combustion engine

Info

Publication number: DE4342473C2
Application number: DE4342473A
Authority: DE
Inventors: Patrick Mueller; Peter Mueller; Georg Troppmann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1992-07-11
Filing date: 1993-12-13
Publication date: 2000-07-27
Anticipated expiration: 2012-07-12
Also published as: DE4342473A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verdampfungskühlsystem der im Oberbegriff des 1. Anspruchs angegebenen Art.The invention relates to an evaporative cooling system in the preamble of 1. Art.

Aus der DE 36 15 974 C2 ist ein Verdampfungskühlsystem für Brennkraftmaschinen bekannt, bei dem nicht sämtliche Kühlräume der Brennkraftmaschine ständig mit Kühlflüssigkeit gefüllt sind. Vielmehr ist hier vorgesehen, daß im Zylinderkopf ein Dampfabscheideraum übrig bleibt, 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.DE 36 15 974 C2 describes an evaporative cooling system for internal combustion engines is known, in which not all of the cooling rooms of the internal combustion engine constantly Coolant are filled. Rather, it is provided here that in the cylinder head Steam separator space remains, so a separate steam separator does not necessary is. This means a complex level control, so that Vapor separation chamber in the cylinder head always during all operating conditions Internal combustion engine is preserved.

Weiterhin beschreibt die DE 36 15 974 C2 eine Be- und Entlüftungsleitung, die von einem Ausgleichsbehälter unter Zwischenschaltung eines steuerbaren Ventils in die Umgebung 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. Furthermore, DE 36 15 974 C2 describes a ventilation line which by a surge tank with the interposition of a controllable valve in the Environment leads. This ventilation line is provided with cooling fins to vaporous coolant that could reach the line with the valve open, to condense and return to the reservoir.

Ein gattungsgemäßes Verdampfungskühlsystem ist aus dem Hauptpatent (DE 42 22 913 C2) bekannt. Dies vermeidet die aus dem Stand der Technik (DE 36 15 974 C2) bekannten Nachteile, da es gemäß dem Hauptpatent möglich ist, die Kühlräume der Brennkraftmaschine 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 Kühlmittelstand 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 Dampf anteil, bei dem der Ventilator eingeschaltet ist zur Rückkühlung, kein Dampf durch die Be- und Entlüftungsleitung in die Umgebung entweichen kann.A generic evaporative cooling system is from the main patent (DE 42 22 913 C2) known. This avoids the prior art (DE 36 15 974 C2) known disadvantages, since according to the main patent it is possible the cooling chambers of the internal combustion engine are always completely filled with coolant leave, so that the control effort for a separate steam separation room within the internal combustion engine and thus also the risk of overheating if the coolant level inside the internal combustion engine drops too much, avoided becomes. By laying the ventilation line in the through the Fan-generated airflow ensures that just with high steam proportion at which the fan is switched on for recooling, no steam through the ventilation line can escape into the environment.

Um die Be- und Entlüftung ohne den erwähnten Steuerungsaufwand sicherzustel len, wird in dem Hauptpatent vorgeschlagen, die Be- und Entlüftungsleitung an ihrem freien Ende mit einem luftdurchlässigen Material (Molekularsieb) zu ver schließen.To ensure ventilation without the control effort mentioned len, it is proposed in the main patent to apply the ventilation line ver their free end with an air-permeable material (molecular sieve) conclude.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Haltbarkeit des Molukarsiebs begrenzt ist.However, it has been found that the durability of the moluccar sieve is limited.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, am freien Ende der Be- und Entlüftungsleitung eine dauerhafte Vorrichtung vorzusehen.The object of the invention is therefore, at the free end of the ventilation line to provide a permanent device.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verdampfungskühlsystem erfin dungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Patentanspruches ge löst. Durch das Vorsehen einer Drossel wird erzielt, daß die Luftmenge, die beim Entlüftungsvorgang austritt, stark reduziert wird. Damit geht auch nur wenig Kühl flüssigkeit in dampfförmiger Form verloren, wenn diese bisher nicht kondensiert ist. Die Drossel stellt ein einfaches Bauteil ohne jegliche beweglichen Elemente dar, die verschleißfrei ist und eine unbegrenzte Lebensdauer aufweist. Ein weiterer Vorteil der Drossel ist darin zu sehen, daß ein Druckausgleich nicht schlagartig erfolgt, sondern gedämpft, so daß bei plötzlich auftretenden Überdrücken dies nicht zu einem erhöhten Luftaustausch führt. This task is invented in a generic evaporative cooling system appropriately ge by the characterizing features of the first claim solves. By providing a throttle it is achieved that the amount of air that Venting process emerges, is greatly reduced. This also means that there is little cooling liquid in vapor form is lost if it has not yet condensed. The choke represents a simple component without any moving elements is wear-free and has an unlimited service life. Another advantage the throttle can be seen in the fact that pressure equalization does not take place suddenly, but damped, so that in the event of sudden excess pressures this does not leads to an increased air exchange.

Die Weiterbildung nach Anspruch 2 hat den Vorteil, daß das Verdampfungskühl system solange verschlossen bleibt gegenüber der Umgebung, bis die Öffnungs werte der Ventile erreicht sind. Hierbei ist der Öffnungswert des Überdruckventils ebenfalls auf einen Höchstwert, z. B. 0,5 bar, begrenzt, so daß sichergestellt ist, daß hohe Drücke im System sicher vermieden werden.The development according to claim 2 has the advantage that the evaporative cooling system remains closed to the environment until the opening Values of the valves have been reached. Here is the opening value of the pressure relief valve also to a maximum, e.g. B. 0.5 bar, limited, so that it is ensured that high pressures in the system can be safely avoided.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.In the following the invention is based on a preferred embodiment described in more detail.

In der einzigen Abbildung ist ein schematisierter Aufbau eines Verdampfungskühl systems für eine Brennkraftmaschine dargestellt. Es besteht aus einem Zylinder 1 sowie einem Zylinderkopf 2 einer sonst nicht näher dargestellten Brennkraft maschine 3, die mit Kühlräumen 4 und 5 bzw. Kühlkanälen versehen ist.The only figure shows a schematic structure of an evaporative cooling system for an internal combustion engine. It consists of a cylinder 1 and a cylinder head 2 of an otherwise not shown internal combustion engine 3 , which is provided with cooling rooms 4 and 5 or cooling channels.

Am höchsten Punkt der Kühlräume 5 im Zylinderkopf 2 zweigt eine Vorlaufleitung 6 ab. Diese führt zu einem Dampfabscheider 7. Der Dampfabscheider 7 weist einen unteren kühlmittelgefüllten Raum 9 und einen oberen luft- bzw. dampfgefüllten Raum 10 auf. Der obere Raum 10 ist mit dem Einlaufstutzen 6.1 eines als Konden sator 11 arbeitenden Wärmetauschers verbunden. Dieser Kondensator 11 weist seitlich einen Auslaufbereich 12 für das kondensierte Kühlmittel auf.At the highest point of the cooling rooms 5 in the cylinder head 2 , a flow line 6 branches off. This leads to a steam separator 7 . The steam separator 7 has a lower coolant-filled space 9 and an upper air or steam-filled space 10 . The upper space 10 is connected to the inlet nozzle 6.1 of a condenser 11 working heat exchanger. This condenser 11 has an outlet area 12 on the side for the condensed coolant.

Ein Kondensatsammelbehälter 13 weist an seinem unteren Bereich einen Vorrats raum 14 auf, der ständig mit kondensiertem Kühlmittel gefüllt ist. Der restliche Raum ist luftgefüllt.A condensate collector 13 has at its lower area a storage space 14 which is constantly filled with condensed coolant. The rest of the room is filled with air.

Der Kondensator 11 ist über den Auslaufbereich 12 und die Öffnung 15 ebenso wie der Dampfabscheider 7 über die Kondensatleitung 8 mit dem Kondensatsammel behälter 13 verbunden. Aus dem Vorratsraum, bevorzugt aus seiner tiefsten Stelle, führt eine Kühlmittelrücklaufleitung 16 unter Zwischenschaltung einer Pumpe 17 für das Kondensat zurück in die Kühlräume 4 bzw. in die Kühlräume der Brennkraft maschine 3. Hier tritt die Kühlmittelrücklaufleitung 16 in den unteren Bereich der Kühlräume bzw. Kühlkanäle ein.The condenser 11 is connected via the outlet area 12 and the opening 15 as well as the steam separator 7 via the condensate line 8 to the condensate collection container 13 . From the storage room, preferably from its lowest point, a coolant return line 16 with the interposition of a pump 17 for the condensate leads back into the cooling rooms 4 or into the cooling rooms of the internal combustion engine 3 . Here, the coolant return line 16 enters the lower region of the cold rooms or cooling channels.

Der Kondensatsammelbehälter 13 weist an seinen höchsten Punkten eine aus einer oder mehreren Teilleitungen zusammengesetzte Be- und Entlüftungsleitung 18 auf, die nach Art eines Wärmetauschers verrippt auf der Zuluftseite des Kondensators 11 angeordnet sein kann. An ihrem oberen freien Ende ist eine Drossel 19 einge baut.At its highest points, the condensate collector 13 has a ventilation line 18 composed of one or more partial lines, which can be arranged in a ribbed manner on the supply air side of the condenser 11 in the manner of a heat exchanger. At its upper free end, a throttle 19 is built.

Der Zylinder 1 sowie der Zylinderkopf 2 - bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen sämtliche Zylinder und der gesamte Zylinderkopf - sowie die Vorlaufleitung 6, der Raum 9 des Dampfabscheiders 7 sowie der Vorratsraum 14 und die Kühlmittel rücklaufleitung 16 sind bei kalter Brennkraftmaschine mit flüssigem Kühlmittel gefüllt. Alle übrigen Räume, also der Raum 10 des Dampfabscheiders 7, der Einlaufstutzen 6.1, der Kondensator 11 sowie der obere Teil des Kondesatsammelbehälters 13 und die Be- und Entlüftungsleitung 18 sind zur Umgebung hin offen und mit Luft gefüllt.The cylinder 1 and the cylinder head 2 - in the case of multi-cylinder internal combustion engines, all cylinders and the entire cylinder head - as well as the supply line 6 , the space 9 of the steam separator 7 and the storage space 14 and the coolant return line 16 are filled with liquid coolant in a cold internal combustion engine. All other rooms, ie the room 10 of the steam separator 7 , the inlet nozzle 6.1 , the condenser 11 and the upper part of the condensate collecting container 13 and the ventilation line 18 are open to the environment and filled with air.

Beim Erwärmen der Brennkraftmaschine im Betrieb bildet sich Dampf, der Luft aus den luftgefüllten Räumen verdrängt. Verdrängt wird die Luft in den Kondensat sammelbehälter 13 und weiter über die Be- und Entlüftungsleitung 18 und die Dros sel 19 in die Umgebung. Da beim Kühlen eines feuchten Gases die darin enthaltene Flüssigkeit auskondensiert und während des Betriebes der Brennkraftmaschine in die Be- und Entlüftungsleitung 18 mit Kühlmitteldampf befeuchtete Luft eindringt, wird sie gekühlt. Das Kondensat kann aufgrund der Ausgestaltung der Be- und Ent lüftungsleitung 18 wieder zurück in den Vorratsraum 14 strömen.When the internal combustion engine is heated up, steam is formed, which displaces air from the air-filled rooms. The air is displaced into the condensate collection container 13 and further via the ventilation line 18 and the Dros sel 19 into the environment. Since the liquid contained therein condenses out when cooling a moist gas and penetrates air humidified with coolant vapor into the ventilation line 18 during operation of the internal combustion engine, it is cooled. The condensate can flow back into the storage space 14 due to the design of the ventilation line 18 .

Die Strömung der Luft in der Be- und Entlüftungsleitung 18 ist aufgrund der Drossel sehr stark behindert, da diese einen schnellen, sprich schlagartigen Druckausgleich mit der Umgebung verhindert. Dadurch wird der Luftaustausch mit der Umgebung und dem damit verbundenen Verlust an Kühlmittel reduziert.The flow of air in the ventilation line 18 is very severely hampered because of the throttle, since this prevents rapid, that is to say sudden, pressure equalization with the surroundings. This reduces the air exchange with the environment and the associated loss of coolant.

Die Drossel 19 ist hier so ausgelegt, daß sich bei max. Dampfanfall in den Kühl räumen ein maximaler Überdruck von 0,5 bar im System einstellen kann. Es können jedoch auch andere Drücke realisiert werden, wenn die Drossel entsprechend di mensioniert wird.The throttle 19 is designed here so that at max. Steam accumulation in the cold rooms can set a maximum overpressure of 0.5 bar in the system. However, other pressures can also be realized if the throttle is dimensioned accordingly.

Zusätzlich zu der Drossel kann zwischen der Drossel 19 und der Umgebung noch ein Überdruck-/Unterdruckventil 20 in der Be- und Entlüftungsleitung 18 eingebaut werden. Das Überdruckventil hat dann den gleichen Öffnungswert wie die Drossel. Hierdurch wird das Kühlsystem nur dann mit der Umgebung verbunden, wenn der eingestellte Überdruckwert überschritten wird bzw. wenn Unterdruck auftritt. Andern falls ist das System geschlossen gegenüber der Umgebung, so daß nicht ein stän diger Luftaustausch stattfinden kann. Dadurch wird die Zahl der Ent- und Be lüftungsvorgänge im dynamischen Fahrbetrieb reduziert und der damit verbundene Kühlmittelverbrauch weiter verringert.In addition to the throttle, a pressure / vacuum valve 20 can be installed in the ventilation line 18 between the throttle 19 and the environment. The pressure relief valve then has the same opening value as the throttle. As a result, the cooling system is only connected to the environment if the set overpressure value is exceeded or if underpressure occurs. Otherwise, the system is closed to the environment, so that a constant air exchange cannot take place. As a result, the number of venting and ventilation processes in dynamic driving operation is reduced and the associated coolant consumption is further reduced.

Claims

1.Vaporizing cooling system for an internal combustion engine, consisting of cold rooms completely filled with coolant within the internal combustion engine, a supply line to a condenser in which a steam separator is installed, a condensate collection container, a coolant return line with a pump delivering into the cold rooms and a Be connected to the environment - And ventilation line that branches off from the condensate collector and runs in the region of the condenser such that it is cooled by the air flow generated by the fan of the condenser, according to patent DE 42 22 913, characterized in that in the ventilation line ( 18 ) a throttle ( 19 ) is installed at its free end, which briefly holds a predetermined maximum system pressure.

2. Evaporative cooling system according to claim 1, characterized in that in addition to the throttle ( 19 ) in the ventilation line ( 18 ), a pressure / vacuum valve ( 20 ) is installed.