Verdampfungsgekühlte Verbrennungskraftmaschine

Abstract

 Eine verdampfungsgekühlte Verbrennungskraftmaschine (1), bei der ein ein Kühlmittel (2) enthaltendes Kühlsystem (3) und ein damit verbundenes Ausgleichsgefäß (4) vorgesehen sind. Das Ausgleichsgefäß (4) ist mittels einer Leitung (5) an eine dampfgefüllte Zone (6) des Kühlsystems (2) angeschlossen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine verdampfungsgekühlte Verbrennungskraftmaschine, bei der ein ein Kühlmittel enthaltendes Kühlsystem und ein Ausgleichsgefäß vorgesehen sind. Eine solche Verbrennungskraftmaschine ist aus der DE-OS 38 09 136 bekannt. Zur Gewährleistung eines einwandfreien Betriebes sind dabei eine Vielzahl von Sensoren erforderlich, was die Verbrennungskraftmaschine kompliziert im Aufbau und störanfällig macht.

[0002] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Verbrennungskraftmaschine derart weiterzuentwickeln, daß sich ein vergleichsweise vereinfachter Aufbau und eine größere Betriebssicherheit ergibt.

[0003] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.

[0004] Bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine ist es vorgesehen, daß das Ausgleichsgefäß mittels einer Leitung an eine gasgefüllte Zone des Kühlsystems angeschlossen ist. Die Leitung und das Ausgleichsgefäß sind nicht durchströmbar gestaltet. Sie werden dadurch unter normalen Betriebsbedingungen nicht in besonderer Weise erwärmt, was zur Folge hat, daß das enthaltene Gas unter normalen Betriebsbedingungen ebenso wie bei abgeschalteter Verbrennungskraftmaschine im wesentlichen nur aus Luft besteht, die frei von Wassertröpfchen ist. Das Ausgleichsgefäß vermag gleichwohl dasjenige Volumen aufzunehmen, das sich durch die betriebsbedingte Erwärmung des in dem Kühlsystem enthaltenen Kühlmittels ergibt. Diese bedingt eine Verdampfung von Kühlmittelbestandteilen in der Verbrennungskraftmaschine, die hinsichtlich ihres Volumens parallel zur Entstehung in derselben Zeiteinheit in dem Kondensator kondensierbar ist. Der Kondensator ist dabei so bemessen, daß er unter normalen Betriebsbedingungen nahezu vollständig mit verdampftem Kühlmittel gefüllt ist. Die in dem Kondensator enthaltenen Kühlflächen stehen in einem entsprechend großem Umfang für die Ableitung der während der erneuten Verflüssigung des Kühlmittels freigesetzten Kondensationswärme zur Verfügung.

[0005] Das Ausgleichsgefäß kann durch eine flüssigkeits- und gasundurchlässige, nachgiebige Wand nach außen abgeschlossen sein, um sicherzustellen, daß ein Entweichen von Kühlmittel ausgeschlossen ist. Die Wand kann beispielsweise einen Bestandteil eines Schwebekolbens bilden, der ggf. in einem zylinderförmig gestalteten Ausgleichsgefäß hin- und herbewegbar ist.

[0006] Bei einer Ausführung, bei der die Wand elastisch nachgiebig gestaltet ist, besteht der Vorteil einer vereinfachten Kontrollierbarkeit des Kühlsystems. Die Wand hat bei solchen Ausführungen in Abhängigkeit von der jeweiligen Betriebstemperatur der Verbrennungskraftmaschine stets eine ganz bestimmte Stellung. Diese läßt sich mit Hilfe einfacher Kontrolleinrichtungen erfassen, was es ermöglicht, Rückschlüsse auf die Dichtheit des gesamten Kühlsystems zu ziehen.

[0007] Die Wand kann auf einer Sekundärfeder abgestützt sein, beispielsweise aus einer Schraubenfeder aus metallischem Werkstoff, die in das Ausgleichsgefäß integriert ist. Die sich unter normalen Betriebsbedingungen ergebenden Verformungswege sind bei solchen Ausführungen während einer extrem langen Gebrauchsdauer nahezu konstant, was in bezug auf die Kontrolle der Betriebssicherheit der einer Verbrennungskraftmaschine von großem Vorteil ist.

[0008] Alternativ zu einer Sekundärfeder der vorgenannten Art kann auch ein Luftpolster zur Anwendung gelangen. Die Herstellung eines entsprechend gestalteten Ausgleichsgefäßes ist sehr einfach und dementsprechend kostengünstig möglich.

[0009] Nach einer anderen Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß dem Ausgleichsgefäß ein Sensor zur kontinuierlichen Erfassung des Innendruckes zugeordnet ist. Das von dem Sensor bei einer solchen Ausführung abgegebene Signal gestattet Rückschlüsse auf die momentane Betriebstemperatur der Verbrennungskraftmaschine. Das Signal wird daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt benutzt, um eine Kühlung des Kondensators bewirkende Hilfseinrichtungen im jeweils erforderlichen Maß zu aktivieren, beispielsweise einen Kühlluftventilator und/oder eine Kühlerjalousette. Hierbei hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn der Sensor der relativ beweglichen Wand zugeordnet ist, welche das Ausgleichsgefäß gegenüber der Umgebung abgrenzt. Er ist dabei selbst vor einer unmittelbaren Einwirkung durch das Kühlmittel geschützt, was seine Herstellung vereinfacht und die Betriebssicherheit über lange Zeiträume verbessert.

[0010] Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Anlage beigefügten Zeichnung weiter verdeutlicht. Diese zeigt eine verdampfungsgekühlte Verbrennungskraftmaschine in schematischer Darstellung. Bei der gezeigten Verbrennungskraftmaschine 1 ist ein Kühlsystem 2 vorgesehen, welches einen Kondensator 3 aufweist sowie ein Ausgleichsgefäß 4. Das Ausgleichsgefäß 4 ist mittels einer Leitung 5 an eine gasgefüllte Zone des Kühlsystems 2 angeschlossen. Hierbei handelt es sich vorliegend um eine Zone, die die höchste Stelle des Kondensators 3 bildet. Alle Stellen des Kühlsystems 3 und der Verbrennungskraftmaschine 1, die sich unterhalb dieser Zone 6 befinden, sind bei kalter Verbrennungskraftmaschine normalerweise vollständig mit verflüssigtem Kühlmittel gefüllt.

[0011] Nach Inbetriebsetzung der Verbrennungskraftmaschine 1 wird von dieser Wärme freigesetzt. Es resultiert die Entstehung von Dampf im Bereich des oberen Endes, der über eine Leitung 12 kontinuierlich abgeführt wird. Die Leitung 12 ist durch einen Kühlmittelabscheider 14 und eine Kurzschlußleitung 11 unmittelbar mit einer Rückflußleitung 13 verbunden. Diese mündet in das untere Ende der Verbrennungskraftmaschine 1 und enthält eine Pumpe 15, durch welche sich die Einspeisung von verflüssigten Kühlmittelbestandteilen in der Verbrennungskraftmaschine bedarfsweise vergrößern läßt. Die vorstehend angesprochenen Leitungen 11, 12 und 13 können bei bestimmten Gegebenheiten eine ausreichende Kondensierung des die Verbrennungskraftmaschine 1 verlassenden Dampfvolumens gewährleisten, beispielsweise bei kalten Umgehungstemperaturen und/oder bei einer extrem kurzen Betriebsdauer. Es resultiert in solchen Fällen eine besonders schnelle Erwärmung der Verbrennungskraftmaschine 1 auf Betriebstemperatur, was den Verschleiß vermindert und es gestattet, Überschußwärme der Verbrennungskraftmaschine bereits unmittelbar nach dem Start für die Beheizung des Innenraumes eines Kraftfahrzeuges verfügbar zu machen.

[0012] Unter normalen Betriebsbedingungen wird demgegenüber ein mehr oder weniger größerer Anteil des die Verbrennungskraftmaschine 1 am oberen Ende verlassenden Dampfvolumens dem Kondensator 3 zugeführt und in diesen am oberen Ende eingespeist. Der Kondensator 3 ist quer zur Richtung seiner Kühlelemente 16 von Außenluft durchströmbar. Die Kühlelemente 16 erfahren hierdurch eine Abkühlung, was eine Kondensierung des von oben durch sie hindurch geleiteten Dampfes bewirkt. Am unteren Ende des Kondensators 3 ist dadurch unabhängig von den jeweils herrschenden Betriebsbedingungen stets nur verflüssigtes Kühlmittel verfügbar. Dieses wird von der Pumpe 15 im erforderlichen Maße angesogen und am unteren Ende in die Verbrennungskraftmaschine 1 eingespeist.

[0013] In Abhängigkeit von der jeweiligen Belastung der Verbrennungskraftmaschine 1 kann der Kühlmittelstand innerhalb des Kondensators 3 geringfügig variieren. Im wesentlichen hat das Ausgleichsgefäß 4 die Aufgabe, durch eine druckabhängige Regelung der Luftmasse im Kühlsystem den Kondensator-Wirkungsgrad zu verbessern. Hierzu ist das Ausgleichsgefäß 4 mittels einer blinden Leitung 5 an eine dampfgefüllte Zone 6 des Kühlsystems angeschlossen. In der blinden Leitung ist im wesentlichen nur Gas enthalten, das die normale Umgebungstemperatur aufweist, d.h. von wasserdampffreier Luft, die dem Kühlsystem entzogen ist. Unabhängig vom jeweiligen Belastungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1 vermag Luft daher den Kondensator-Wirkungsgrad nicht mehr zu beeinträchtigen.

[0014] In dem Ausgleichsgefäß 4 ist eine Membran 7 enthalten, welche flüssigkeitsundurchlässig und elastisch nachgiebig gestaltet ist. Die Membran 7 schließt den Innenraum des Kühlsystems nach außen ab. Sie ist rückseitig durch eine Sekundärfeder abgestützt, welche aus Metall besteht und es erlaubt, einen bestimmten Innendruck innerhalb des Kühlsystems zu gewährleisten. Die diesbezüglichen Abweichungen werden durch das Ausgleichsgefäß 4 ausgeglichen, welche mittels einer Leitung 5 an eine dampfgefüllte Zone 6 des Kühlsystems angeschlossen ist. In dem Ausgleichsgefäß 4 ist eine Membran 7 enthalten, welche flüssigkeitsundurchlässig und elastisch nachgiebig gestaltet ist. Die Membran 7 schließt den Innenraum des Kühlsystems nach außen ab. Sie ist rückseitig durch eine Sekundärfeder unterstützt, welche aus Metall besteht und es erlaubt, einen bestimmten Innendruck innerhalb des Kühlsystems zu gewährleisten.

[0015] An der Rückseite des Ausgleichsgefäßes 4 ist ein Sensor 9 angebracht. Dieser ermöglicht eine Bestimmung der jeweiligen Lage der Membran 7 und formt daraus ein Signal, welches einen unmittelbaren Rückschluß auf die jeweilige Betriebstemperatur der Verbrennungskraftmaschine 1 zuläßt. Das Signal eignet sich dadurch in ausgezeichneter Weise zur Ansteuerung einer Hilfseinrichtung 10, die eine Anpassung der Kondensationswirkung des Kondensators 3 an die jeweiligen Bedürfnisse des Belastungsfalles erlaubt. Bei einer solchen Einrichtung 10 handelt es sich im vorliegenden Falle um einen Kühlluftventilator. Die Einrichtung kann bedarfsweise ergänzt oder ersetzt werden durch eine signalbetätigbare Kühlerjalousette.

Ansprüche

1. Verdampfungsgekühlte Verbrennungskraftmaschine, bei der ein ein Kühlmittel enthaltendes Kühlsystem und ein damit verbundenes Ausgleichsgefäß vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsgefäß (4) mittels einer Leitung (5) an eine dampfgefüllte Zone (6) des Kühlsystems (2) angeschlossen ist.

2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsgefäß (4) durch eine nachgiebige Wand (7) begrenzt ist.

3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (7) elastisch nachgiebig gestaltet ist.

4. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (7) auf einer Sekundärfeder (8) abgestützt ist.

5. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärfeder (8) durch ein Luftpolster gebildet ist.

6. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgleichsgefäß (4) ein Sensor zur Erfassung des Innendruckes zugeordnet ist.

7. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (9) der Wand (7) zugeordnet ist.

8. Verwendung des Sensors (9) nach Anspruch 6 und 7 bei der Aktivierung einer Hilfseinrichtung (10) zur Förderung von Kühlluft durch den Kondensator (3).

Zeichnung