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Kühlanlage für Brennkraftmaschinen mit Aufladung Brennkraftmaschinen
großer Leistung, insbesondere solche für Schienenfahrzeuge, sind mit einer besonderen
Kühlanlage für die Motorkühlung ausgerüstet. Bei Motoren mit Aufladung muß vielfach
auch noch für die mittels eines Turboladers od. dgl. verdichtete Motoransaugluft
eine Rückkühlung vorgesehen werden. Da die Temperatur des erwärmten Motorkühlwassers
bei Normalbetrieb über 70° C beträgt und die Temperatur des erwärmten Wassers für
die Kühlung der Ladeluft bei 50 bis 55° C liegt, die beiden Temperaturen also nicht
das gleiche Temperatumiveau haben, sind für die Kühlung von Motor und Ladeluft zwei
voneinander getrennte Kühlkreisläufe erforderlich.
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Im Kühlkreislauf zum Abführen der Motorwärme wird das Motorkühlwasser
von einer Pumpe durch den Motor gedrückt und dann in mindestens einem meist von
einem Ventilator beaufschlagten Wasserkühler zurückgekühlt. Die vom Turbolader verdichtete
und dabei erhitzte Luft gibt ihre Wärme an das Wasser des Ladeluftkühlkreislaufs
ab, der seinerseits ebenfalls einen etwa vom Fahrwind oder von einem besonderen
Ventilator beaufschlagten Wasserkühler und eine Umwälzpumpe aufweist.
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Bei niedriger Außentemperatur besteht nun die Gefahr, daß das Kühlwasser
des Ladeluftkühlkreislaufs, insbesondere im zugehörigen Kühler, gefriert und dabei
Kühler und Leitungen beschädigt. Außerdem ist es möglich, daß sich Schnee und Eis
zwischen den Kühlrippen festsetzen und weitere Schäden des Kühlers verursachen.
Da bei solch niedrigen Lufttemperaturen die Ladeluft nicht mehr gekühlt zu werden
braucht, läßt sich durch Ablassen des Kühlwassers aus diesem Kreislauf ein Teil
dieser Mängel beheben, wobei allerdings das Ablassen und spätere Wiedereinfüllen
des Kühlwassers umständliche Maßnahmen darstellen.
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Die Erfindung betrifft eine solche Kühlanlage und bezweckt eine wesentliche
Vereinfachung und Verbesserung derselben. Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen,
daß in an sich bekannter Weise beide Kühlkreisläufe das gleiche Kühlmittel enthalten
und daß eine Einrichtung zum Unterbrechen des Kühlmitteldurchfiusses durch den Ladeluftkühler
angeordnet wird und daß ferner zum Warmhalten des Kühlmittels im Ladeluftkühlkreislauf
bei unterbrochener Ladeluftkühlung eine Zuschalteinrichtung zum Einschalten wenigstens
eines Teils des im Ladeluftkühlkreislauf liegenden Kühlmittelrückkühlers in den
Kühlkreislauf zum Abführen der Maschinenwärme vorgesehen wird. Die Zuschalteinrichtung
kann dabei so ausgebildet und angeordnet werden, daß sie eine Parallelschaltung
oder eine Reihenschaltung wenigstens eines Teils des im Ladeluftkühlkreislauf liegenden
Kühlmittelrückkühlers mit dem Kühlmittelrückkühler des Maschinenkühlkreislaufs bewirkt.
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Die Einrichtung zur Parallelschaltung der Kühlmittelrückkühler beider
Kreisläufe wird beispielsweise aus einer Verbindungsleitung mit Absperrventil zwischen
zwei Ästen der beiden Kreisläufe und einer weiteren Verbindungsleitung zwischen
den beiden anderen Ästen gebildet. Zweckmäßigerweise werden hierbei die die Umwälzpumpen
enthaltenden Äste einerseits und die beiden anderen Äste andererseits miteinander
verbunden, wobei die Pumpen, jeweils in Strömungsrichtung gesehen, in dem Ast hinter
dem Kühler liegen.
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Bei Reihenschaltung der Kühhnittelrückkühler beider Kreisläufe wird
der Kühlmittelrückkühler für den Ladeluftkreislauf vor oder hinter den Kühlmittelrückkühler
des Maschinenkühlkreislaufs geschaltet. So zweigt beispielsweise eine Verbindungsleitung
hinter dem Kühhnittelrückkühler des Ladeluftkühlkreislaufs ab und mündet vor dem
Kühlmittelrückkühler des Maschinenkühlkreislaufs; eine weitere Verbindungsleitung
zweigt von der Kühlmittelleitung hinter der Brennkraftmaschine ab und mündet vor
dem Kühlmittelrückkühler des Ladeluftkühlkreislaufs, wobei in mindestens einer der
beiden Verbindungsleitungen und ferner in demjenigen Leitungsteil des Maschinenkühlkreislaufs,
durch den die Abzweigungs- und Mündungsstellen
beider Verbindungsleitungen
unmittelbar miteinander verbunden sind, je ein Ventil angeordnet wird. Eine andere
Möglichkeit der Reihenschaltung beider Kühlkreisläufe besteht darin, daß zwei Verbindungsleitungen
zwischen beiden Kühlkreisläufen vorgesehen werden, von denen die eine .hinter dem
Kühlmittelrückkühler des Maschinenkühlkreislaufs abzweigt und vor dem Kühlmittelrückkühler
des Ladeluftkühlkreislaufs mündet und von denen die andere hinter dem Kühlmittelrückkühler
des Ladeluftkühlkreislaufs abzweigt und in die Kühlmittelleitung vor der Brennkraftmaschine
mündet. Auch hierbei weist mindestens eine der beiden Verbindungsleitungen und ferner
derjenige Leitungsteil des Maschinenkühlkreislaufs, durch den die Abzweigungs- und
Mündungsstellen beider Verbindungsleitungen unmittelbar miteinander verbunden sind,
je ein Ventil auf.
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Die im Ladeluftkühlkreislauf angeordnete Einrichtung zum Absperren
der Kühlmittelzufuhr zum Ladeluftkühler wird zweckmäßigerweise als ein in der Druckleitung
der Umwälzpumpe dieses Kreislaufs vor dem Ladeluftkühler liegendes Absperrventil
ausgebildet.
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Durch eine Ausbildung der Kühlanlage gemäß der Erfindung lassen sich
erhebliche Vorteile erzielen. Im normalen Betrieb (Sommerbetrieb) arbeiten beide
Kühlkreisläufe unabhängig voneinander, d. h. sie sind mindestens kühlmittelseitig
völlig voneinander getrennt. Für den Winterbetrieb, bei dem eine Kühlung der Ladeluft
nicht erforderlich ist, da sie mit genügend tiefer Temperatur angesaugt wird, wird
durch Schließen des zwischen der Umwälzpumpe des Kreislaufs zur Kühlung der Ladeluft
und dem Ladeluftkühler liegenden Absperrventils der Ladeluftkühler vom Kreislauf
abgeschaltet und gleichzeitig durch öffnen des Ventils in einer der Verbindungsleitungen
zwischen den beiden Kühlmittelkreisläufen der Kühlmittelrückkühler des einen Kreislaufs
mit dem Kühlmittelrückkühler des anderen Kreislaufs parallel oder in Reihe geschaltet.
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Dies bringt den einen Vorteil, daß der von seinem Kreislauf abgeschaltete
Kühlmittelrückkühler des Kreislaufs zur Kühlung der Ladeluft von einem Teil oder
dem gesamten Motorkühlmittel durchströmt und durch dieses aufgewärmt und so vor
dem Einfrieren geschützt wird.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird der Kühlmittelrückkühler
des Kreislaufs zur Kühlung der Ladeluft unmittelbar in bzw. vor die Eintrittsöffnung
der Leitung bzw. des Filters gesetzt, durch die bzw. durch den die Luft für den
Motor angesaugt wird. Durch die beschriebene Aufheizung des Kühlmittelrückkühlers
des Ladeluftkühlkreislaufs durch das Motorkühlmittel wird so auch ein Zusetzen der
Eintrittsöffnung mit Schnee oder ein Zufrieren dieser Eintrittsöffnung verhindert.
Dadurch erübrigt sich die Anordnung von Jalousien mit besonderer Heizung vor den
Kühlern und vor der Eintrittsöffnung der Leitung bzw. des Luftfilters. Gemäß der
Erfindung wird somit der im Sommerbetrieb zur Rückkühlung des Kühlmittels für den
Ladeluftkühler dienende Kühler im Winterbetrieb als Heizvorrichtung für den Eintritt
der Ladeluft verwendet. Durch Anordnung eines von Hand zu betätigenden Regelventils
im Maschinenkühlkreislauf, vorzugsweise unmittelbar hinter der Anschlußstelle der
absperrbaren Verbindungsleitung zum anderen Kreislauf, läßt sich bei parallel geschalteten
Kühlkreisläufen die im Winterbetrieb den Kühlmittelrückkühler des Ladeluftkreislaufs
durchströmende Kühlmittelmenge regulieren. Die verbleibende Kühlmittelmenge durchströmt
dabei jeweils den Rückkühler des Maschinenkühlkreislaufs.
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Um bei stillstehender Maschinenanlage ein schnelles Auskühlen zu verhindern,
kann das zuletzt genannte= Regelventil im Maschinenkühlkreislauf beim Abschalten
des Motors vollständig geschlossen werden, so daß trotz der Wärmeumlaufwirkung das
in der Maschine befindliche Kühlmittel nicht dem Kühler zugeführt werden kann, sondern
die Maschine warm hält.
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Das Umschalten von Sommer- auf Winterbetrieb kann etwa bei einer Außentemperatur
von 0° C erfolgen.
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Für den Erfindungsgedanken ist es grundsätzlich unerheblich, in welcher
Weise die Kühlanlage sonst aufgebaut ist, ob es sich also etwa um eine Kühlergruppe
mit zwei Reihen seitlich angeordneter Wasserkühler für Dacheinbau oder etwa um eine
Stirnkühlanlage handelt. Auch die Art des Kühlsystems an sich, also die Art der
Kühlmittelführung und die Anordnung der Ausgleichsbehälter für die Kühler ist für
die Erfindung an sich ohne Bedeutung. Die Motorschmierölwärme kann. etwa im Kühlkreislauf
des Motors oder aber auch, wie an sich bekannt, im Kühlkreislauf der Ladeluft abgeführt
werden, indem der Wärmetauscher für das Motorschmieröl in den einen oder anderen
Kühlkreislauf mit eingeschaltet wird.
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Nach einem besonderen Vorschlag besteht der Kühlmittelrückkühler des
Ladeluftkühlkreislaufs aus mehreren Einheiten, von denen eine im Ansaugluftstrom
der Brennkraftmaschine liegt, während die andere bzw. die anderen vor dem bzw. den
Kühlmittelrückkühlern des Maschinenkühlkreislaufs angeordnet werden.
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Um bei Abschaltung des Ladeluftkühlers durch Absperren der von der
Umwälzpumpe zum Ladeluftkühler führenden Leitung ein Arbeiten der Umwälzpumpe gegen
das geschlossene Absperrventil zu vermeiden, wird gemäß einem weiteren Vorschlag
der Erfindung im Ladeluftkühlkreislauf zwischen Kühlmittelumwälzpumpe und Absperrventil
eine den Ladeluftkühler umgehende dünne Kurzschlußleitung vorgesehen.
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Zweckmäßigerweise werden ferner der bzw. die Kühlmittelrückkühler
des Ladeluftkühlkreislaufs wesentlich robuster, widerstandsfähiger und temperaturunabhängiger
ausgeführt und unmittelbar in der Außenwand des Fahrzeugs angeordnet, so daß sie
gleichzeitig die Aufgabe der sonst üblichen starren und breiten Jalousien übernehmen
können. Durch ihre kräftige Ausbildung können sie die Beanspruchungen aufnehmen,
die etwa durch herunterhängende Eiszapfen oder sonstige harte Gegenstände verursacht
werden können.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt
und nachfolgend näher beschrieben. Die Abbildung zeigt schematisch den Aufbau einer
erfindungsgemäßen Kühlanlage für einen mit Aufladung arbeitenden Dieselmotor zum
Antrieb eines Schienenfahrzeugs. Zur besseren übersieht sind die einzelnen Leitungssysteme
mit verschiedenen Stricharten dargestellt.
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Die Anlage weist einen Dieselmotor 1 auf, der von einem nicht dargestellten
Kühlmantel umgeben ist. Mittels einer Umwälzpumpe 2 wird über die Leitung
3 a des Leitungssystems 3. (ausgezogene Linie) Kühlwasser durch den Kühlmantel des
Motors 1 gedrückt, das erwärmt über die Leitungen 3 b und 3 c Wasserkühlern
4 zuströmt. Diese Wasserkühler 4 werden von
dem mittels
eines Ventilators 5 erzeugten Luftstrom beaufschlagt. Das Motorkühlwasser wird in
den Wasserkühlern 4 zurückgekühlt, fließt in die Ausgleichs-und Reservebehälter
6 und über die Leitung 3 d wieder der Umwälzpumpe 2 zu.
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Zur Aufladung der über den Filter 7 und die Leitung 8 angesaugten
Motorluft ist ein Turbolader 9 vorgesehen. Die vom Turbolader 9 verdichtete Luft
wird in einem von Wasser beaufschlagten Ladeluftkühler 10 gekühlt, nach dessen Durchlauf
die gekühlte Luft über die Leitung 11 in den Dieselmotor 1 strömt.
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Zur Rückkühlung des im Ladeluftkühler erwärmten Wassers ist ein zweiter
Kreislauf (Leistungssystem 12, Strich-Punkt-Strich-Linie) vorgesehen. Das von der
Luft erwärmte Wasser fließt über eine Leitung 12 a mehreren hintereinandergeschalteten
Wasserkühlern 13', 13", 13"' zu, die über- Leitungen 12b und 12c miteinander
verbunden sind. Von dem in Strömungsrichtung gesehen letzten Kühler 13"'
gelangt das Wasser über eine Leitung 12d zu einem Ausgleichs- und Reservebehälter
14, von dem es über eine Leitung 12 e einer Umwälzpumpe 15 zufließt.
Diese Umwälzpumpe drückt das Wasser über eine Leitung 12f wieder in den Ladeluftkühler
10.
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In dieser Weise arbeitet die Anlage im Sommerbetrieb. Im Winterbetrieb
ist eine Kühlung der Ladeluft nicht erforderlich, und gemäß der Erfindung wird die
Motorwärme zur Aufheizung der Kühler 13 und des Luftfilters 7 im Ladeluftkreislauf
mitverwendet. Zu diesem Zweck sind zwischen den beiden Kreisläufen 3 und
12 (durch unterbrochene Linien dargestellte) Verbindungsleitungen 16
a und 16 b vorgesehen, wobei die Verbindungsleitung 16 a die Leitungen
3 b, 3 c des einen Kreislaufs mit den Leitungen 12 a, 12
b, 12 c, 12 d des anderen Kreislaufs und die Verbindungsleitung
16 b den Ausgleichsbehälter 14 des einen Kreislaufs mit den Ausgleichsbehältern
6 und der Leitung 3 d des anderen Kreislaufs verbindet.
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Zur Inbetriebnahme der Anlage im Winterbetrieb wird das Ventil
17 in der Leitung 12 f geschlossen und das Ventil 18 in der Verbindungsleitung
16 a geöffnet. Das Ventil 19 in der Leitung 3 b wird etwas geschlossen, so daß das
erwärmte Motorkühlwasser außer durch das Leitungssystem 3 mit den Wasserkühlern
4 auch durch das Leitungssystem 12, mit Ausnahme der Leitung 12 f
und den in diesem Leitungssystem 12 eingeschalteten Wasserkühlern 13 strömt.
Die Wasserkühler 13 sind somit zu den Wasserkühlern 4 parallel geschaltet.
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Der Wasserkühler 13' ist nach einem besonderen Vorschlag der Erfindung
direkt vor der Ansaugöffnung des Luftfilters 7 angeordnet, -so daß die in den Luftfilter
gesaugte Luft erst durch den während des Winterbetriebes vom warmen Motorkühlwasser
beheizten Wasserkühler 13' strömen muß. Durch diese besondere Anordnung des beheizten
Wasserkühlers 13' wird verhindert, daß Schnee und Eis den Filter verstopfen oder
daß der Filter zufriert und ein Betrieb des Dieselmotors unmöglich wird.
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Die Wasserkühler 13" und 13"' sind ferner im Luftstrom direkt vor
den Wasserkühlern 4 angeordnet und ersetzen die bei den bekannten Anlagen erforderlichen
beheizbaren Jalousien. Durch eine robuste gegen Temperatureinflüsse unempfindliche
Ausbildung der Wasserkühler 13 können die Wasserkühler 4 besonders
leicht ausgebildet werden.
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Um zu verhindern, daß bei Schließen des Ventils 17 die Umwälzpumpe
15 gegen einen geschlossenen Schieber arbeitet, ist eine Umgehungsleitung
20 vorgesehen.