DE19714308A1 - Aufgeladene, ladeluftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene, ladeluftgekühlte Hubkolben­ brennkraftmaschine, mit einem Ladeluftkühler und einer Vorrichtung zum Sammeln und Abführen des im Ladeluftkühler anfallenden Kon­ densats.

Eine solche als Dieselmotor ausgebildete Hubkolbenbrennkraft­ maschine ist in der DE-OS 28 14 593 beschrieben. Das Kondensat wird hierbei an der geodätisch tiefsten Stelle aus dem Ladeluftkühler entnommen und ohne Pumpe über eine Steigleitung in die Abgaslei­ tung vor die Abgasturbine geführt. Dort verdampft es, kühlt das Ab­ gas und reinigt die Abgasturbine.

Die beschriebene Anordnung funktioniert nur, wenn im Ladeluftkühler ein höherer Druck als in der Abgasleitung herrscht. Dies ist üblicher­ weise nur bei hoher Motorlast der Fall. Außerdem darf im Kondensat kein Öl enthalten sein, da dieses die Abgasqualität durch hohe HC-Emis­ sion verschlechtern würde. Ölhaltiges Kondensat ist aber bei Entsorgung der im Kurbelgehäuse anfallenden Ölgase in die Ansaug­ luftleitung kaum zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Kondensat eines Ladeluftkühlers einer Hubkolbenbrennkraftmaschine auf einfache Weise und ohne negativen Einfluß auf deren Abgasqualität motor­ intern zu entsorgen.

Die Aufgabe wir dadurch gelöst, daß der Ladeluftkühler an seiner geodätisch tiefsten Stelle einen Kondensatsammelraum mit einer Öff­ nung aufweist, die über eine Kondensatrücklaufleitung in Strömungs­ verbindung mit dem Kurbelgehäuse der Hubkolbenbrennkraft­ maschine steht. Auf diese Weise gelangt das Kondensat ins Kurbel­ gehäuse. Dieses ist über eine Entlüftungsleitung mit der Luftan­ saugleitung des Turboladers verbunden. Dadurch kann das Konden­ sat mit eventuellen Schadstoffen weder direkt noch über das Abgas nach außen gelangen. Es muß, falls es nicht im Ölsumpf verbleibt, den Hochtemperatur- und Hochdruckprozeß der Verbrennung durch­ laufen. Dabei werden brennbare Schadstoffe, wie Kohlenwasserstoffe weitgehend zu CO₂ und H₂O verbrannt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Kondensatrücklaufleitung von der Öffnung bis ins Kurbelgehäuse Gefälle aufweist. Dadurch ist ein Abfließen des Kondensats aus dem Kondensatsammelraum auch bei stehendem Motor, d. h. ohne Lade­ luftdruck möglich, der bei laufendem Motor das Kondensat auch ohne Gefälle fördern könnte.

Dadurch, daß die Öffnung dauernd offen ist und einen Drosselkörper aufweist, ist ein dauernder Abfluß des Kondensats gewährleistet, ohne daß zu hohe Ladeluftverluste auftreten. Diese werden durch den Drosselkörper vermindert. Dieser verringert den Querschnitt der Öffnung, die aus Fertigungs- und Verstopfungsgründen relativ groß ist.

Ein Verstopfen der Öffnung wird dadurch vermieden, daß der Drosselkörper in der Öffnung mit axialem und radialem Spiel unverlierbar angeordnet ist. Durch die Motorvibrationen wird der Drosselkörper aufgrund seines Spiels zu translatorischen und rotatorischen Bewegungen angeregt, die ein Verstopfen verhindern.

Es hat Vorteile, wenn die Öffnung durch ein Ventil verschließbar ist. Auf diese Weise werden Ladeluftverluste vermieden und der Konden­ satabfluß ist steuerbar.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß das Ventil ein Druckmembranventil oder ein Schwimmerventil ist, das durch Ladeluft und/oder Auftrieb steuerbar ist. Das Druckmembran­ ventil wird vom Ladedruck verschlossen. Es öffnet, wenn der Motor abgestellt wird, so daß das warme Kondensat in den Motor zurück­ fließen kann. Ein Schwimmerventil kann so ausgelegt werden, daß es nicht gegen den Ladedruck öffnet. Es ermöglicht daher erst bei ab­ gestelltem Motor ein Abfließen des Kondensats ins Kurbelgehäuse. Eine andere Auslegung des Schwimmerventils bewirkt, daß sich die­ ses bei entsprechendem Kondensatspiegel auch gegen den Lade­ druck öffnet, so daß das Kondensat auch bei laufend ein Motor ablau­ fen kann.

Wenn das Ventil ein Magnetventil ist, kann der Kondensatabfluß be­ liebig gesteuert werden.

Von Vorteil ist auch, daß das Magnetventil durch einen Schalter oder durch das Motormanagement steuerbar ist. Als Schalter kommt der Betriebsschalter des Motors in Frage, durch den das Magnetventil beim laufenden Motor geschlossen und nach dessen Abstellen ge­ öffnet wird, so daß das warme, dünnflüssige Kondensat abfließen kann. Wird diese Anordnung mit einer Zeitstufe kombiniert, so schließt das Magnetventil nach einer bestimmten Zeit.

Der Schalter kann auch als Schwimmerschalter im Ladeluftkühler ausgebildet sein. Der Schwimmerschalter arbeitet bedarfsgerecht, da er vom Kondensatspiegel selbst gesteuert wird, während eine Zeitstufe das Magnetventil bedarfsunabhängig periodisch öffnet.

Das Magnetventil kann auch von einem Motormanagement gesteuert werden. Dabei kann z. B. das Magnetventil erst ab einer gewissen Öl­ sumpftemperatur geöffnet werden, um ein Verdampfen von Kondens­ wasser sicherzustellen. Um einen zu hohen Kondensatspiegel im Ladeluftkühler zu vermeiden, bietet sich auch hierbei zusätzlich ein Schwimmerschalter an.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Be­ schreibung und der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele der Er­ findung schematisch dargestellt sind.

Es zeigen:

Fig. 1 Dieselmotor mit Ladeluftkühler,

Fig. 2 Kondensatsammelraum mit Öffnung und Drosselkörper,

Fig. 3 Kondensatrücklaufleitung mit Druckmembranventil,

Fig. 4 Schwimmerventil mit kleinem Schwimmer,

Fig. 5 Schwimmerventil mit großem Schwimmer.

In Fig. 1 ist ein Dieselmotor 1 mit einem Kurbelgehäuse 2, das von einem Zylinderkopf 3 und einer Ölwanne 4 abgeschlossen ist, einem Abgasturbolader 5, einem Ladeluftkühler 6 und mit Ladeluftleitungen 7 dargestellt. Der Dieselmotor 1 kann u. a. als Reihen- oder V-Motor mit unterschiedlichen Zylinderzahlen und Nenndrehzahlen ausgeführt sein.

Der Ladeluftkühler 6 weist an seiner geodätisch tiefsten Stelle einen Kondensatsammelraum 8 für das Kondensat auf, der über eine Kon­ densatrücklaufleitung 9 mit dem Kurbelgehäuse 2 in Strömungsver­ bindung steht. Die Kondensatrücklaufleitung 9 besitzt Gefälle, so daß das Kondensat ohne Mithilfe einer Pumpe oder des Ladedrucks in das Kurbelgehäuse 2 bzw. die Ölwanne abfließen kann.

In der Kondensatrücklaufleitung 9 ist ein Magnetventil 10 angeordnet, das in Wirkverbindung mit einer Steuereinheit 11 steht. Die Steuer­ einheit 11 kann als Teil eines Motormanagements verschiedene In­ formationen, wie Kondensatmenge und Öltemperatur verarbeiten oder kombiniert mit einer Zeitstufe ein periodisches Öffnen und Schließen des Magnetventils bewirken.

In Fig. 2 ist die einfachste Lösung der Kondensatrückführung dar­ gestellt. Der Kondensatsammelraum 8 besitzt an seiner geodätisch tiefsten Stelle eine Öffnung 12, in der ein Drosselkörper 13 angeord­ net ist. Dieser weist radiales und axiales Spiel auf und ist unverlierbar in der Öffnung 12 angebracht. Bei dieser Lösung fließt das Kondensat kontinuierlich ab, unterstützt durch den Ladeluftdruck des laufenden Motors. Die Öffnung 12 ist aus Fertigungs- und Verstopfungsgründen relativ groß gewählt. Um die Ladeluftverluste gering zu halten, wird der Querschnitt der Öffnung 12 durch den Drosselkörper 13 verrin­ gert. Dieser wird durch die Vibrationen des laufenden Motors auf­ grund seines Radial- und Axialspiels in Bewegung gehalten, wodurch einer Verstopfung der Öffnung 12 entgegengewirkt wird.

In Fig. 3 ist die Kondensatrücklaufleitung 9 mit einem Druckmem­ branventil 14 dargestellt. Dieses weist eine Druckmembran 15 auf, die in Wirkverbindung mit einem Druckmembranventilkegel 16 steht. Dieser beherrscht die Kondensatrücklaufleitung 9. Die Druckmembran 15 wird in Schließrichtung vom Ladedruck beaufschlagt, und zwar entgegen der Kraft einer Druckfeder 17. Diese öffnet das Druckmem­ branventil 14 nach Abfall des Ladedrucks, so daß das warme Kon­ densat abfließen kann.

Fig. 4 zeigt ein erstes Schwimmerventil 18 mit einem Schwimmer­ ventilkegel 19, einem damit verbundenen ersten Schwimmer 20 und einer an einer ersten Ventilführung 21 sich abstützenden sowie den ersten Schwimmer 20 beaufschlagenden ersten Druckfeder 22. Der Auftrieb des ersten Schwimmers 20 und die erste Druckfeder 22 sind so abgestimmt, daß das erste Schwimmerventil 18 bei vorhandenem Ladedruck geschlossen bleibt.

Fig. 5 zeigt das analog aufgebaute zweite Schwimmerventil 23. Dessen zweiter Schwimmer 24 und dessen zweite Druckfeder 25 sind so abgestimmt, daß sich das zweite Schwimmerventil 23 auch gegen den Ladedruck öffnen kann und so das Kondensat auch während des Motorlaufs abfließen läßt.

Claims (8)

1. Aufgeladene, ladeluftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit einem Ladeluftkühler und einer Vorrichtung zum Sammeln und Abfüh­ ren des im Ladeluftkühler anfallenden Kondensats, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeluftkühler (6) an seiner geo­ dätisch tiefsten Stelle einen Kondensatsammelraum (8) mit einer Öff­ nung (12) aufweist, die über eine Kondensatrücklaufleitung (9) in Strömungsverbindung mit dem Kurbelgehäuse (2) der Hubkolben­ brennkraftmaschine steht.

2. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatrücklaufleitung (9) von der Öffnung (12) bis ins Kurbelgehäuse (2) Gefälle aufweist.

3. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (12) dauernd offen ist und einen Drosselkörper (13) aufweist.

4. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkörper (13) in der Öffnung (12) mit axialem und radialem Spiel unverlierbar angeordnet ist.

5. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (12) durch ein Ventil ver­ schließbar ist.

6. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein Druckmembranventil (14) oder ein Schwimmerventil (18) ist, das durch Ladedruck und/oder Auftrieb steuerbar ist.

7. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein Magnetventil (10) ist.

8. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (10) durch einen Schalter oder durch das Motormanagement steuerbar ist.