DE3200682A1

DE3200682A1 - Fluessigkeitsgekuehlte brennkraftmaschine mit aufladung

Info

Publication number: DE3200682A1
Application number: DE19823200682
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl.-Ing. 5060 Berg. Gladbach Tholen
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1982-01-13
Filing date: 1982-01-13
Publication date: 1983-07-21
Also published as: DE3200682C2

Description

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5000 Köln 80, den 16. Dez. 1981 unser Zeichen: D 81/67 AE-ZPB P/B

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Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit Aufladung

Die Erfindung bezieht sich auf eine flüssigkeitsgekühlte, aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem vor dem Kühlluftgebläse der Brennkraftmaschine angeordneten luftgekühlten Ladeluftkühler. 5

Derartige Brennkraftmaschinen sind allgemein bekannt. Ihnen haftet jedoch der Nachteil an - insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit hohen Aufladegraden - , daß für eine ausreichende Ladeluftkühlung entweder der Ladeluftkühler sehr groß ausgeführt werden muß oder aber - bei kleinerer Ausführung des Ladeluftkühlers - der Leistungsbedarf des Kühlluftgebläses erheblich ist. Da dies unerwünscht ist, sind Brennkraftmaschinen mit Maßnahmen zur Verringerung des Bauvolumens des Ladeluftkühlers bekanntgeworden. So zeigt die DE-OS 26 55 017 eine Brennkraftmaschine, bei der die Ladeluft in mehreren hintereinander im Kühlluftstrom des Kühlluftgebläses angeordneten Ladeluftkühlern mit unterschiedlichen Temperaturniveaus gekühlt wird.

Viele Brennkraftmaschinen benötigen eine verstärkte Ladeluftkühlung nur für kurze Zeit. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Brennkraftmaschinen häufig wechselnden, aber nur kurz andauernden Belastungsperioden ausgesetzt sind, so z. B. in Fahrzeugen bei

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kurzen Beschleunigungsvorgängen mit anschließender Entlastung im innerstädtischen Verkehr, in Lokomotiven oder in kurzzeitig überlastbaren Aggregaten. Die Wärmeaustauschflächen und somit auch das Bauvolumen der Ladeluftkühler der bekannten Brennkraftmaschine sind aber nach den Erfordernissen einer ausreichenden Ladeluftkühlung während des Beschleunigungsvorganges auszurichten, so daß dementsprechend bei Teillastperioden, also zu einem großen Anteil des Brennkraftmaschinenbetriebes, die Ladeluftkühler überdimensioniert sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die aufgezeigten Nachteile der bekannten Brennkraftmaschine zu verringern und die Ladeluftkühlung, insbesondere für Brennkraftmaschinen mit häufig wechselndem Lastkollektiv, zu optimieren. Ferner soll die Ladeluftkühlung den Betriebszuständen der Brennkraftmaschine angepaßt sein und im Teillast- und Bremsbetrieb ein Auskühlen der Motorbauteile verhindert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ladeluftkühler und der hinter dem Kühlluftgebläse angeordnete Kühflüssigkeitsrückkühler mit einer Kühlluftführung verbunden sind und in der Kühlluftführung zwecks Erhöhung des den Ladeluftkühler durchströmenden Kühlluftstromes ein verschließund freigebbarer Abluftquerschnitt vorgesehen ist.

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß bei Freigebung des Abluftquerschnittes ein wesentlich erhöhter Kühlluftstrom vom Kühlluftgebläse bei annähernd gleicher Leistungsaufnahme gefördert werden kann und somit

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zur Kühlung der Ladeluft im Ladeluftkühler zur Verfugung steht. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Druckwiderstand des Kühlluftgebläses nach dem Freigeben des Abluftquerschnitts durch die zumindest teilweise Umgehung des Kühlflüssigkeitsrückkühlers erheblich verringert wird und somit ein nahezu verdoppelter Kühlluftstrom im Vergleich zu geschlossenem Abluftquerschnitt gefördert werden kann. Hierdurch ist es möglich, die Wärmeaustauschflächen und somit auch das Bauvolumen des Ladeluftkühlers bei gleichzeitiger Minimierung der Kühlluftgebläseleistung gering zu halten und dennoch eine ausreichende Ladeluftkühlung - auch im Vollastbetrieb - zu gewährleisten. Da die zumindest teilweise Umgehung des Flüssigkeitsrückkühlers bei Brennkraftmaschinen mit schnell wechselndem Lastkollektiv lediglich auf die nur kurz andauernde Belastungs - bzw. Beschleunigungsperiode beschränkt ist, wirkt sich diese Maßnahme keineswegs nachteilig aus, da eine Überhitzung der Brennkraftmaschine bei kurzzeitiger Belastung nahezu ausgeschlossen ist.

Während der Teillastperioden oder während des Bremsbetriebs kann der Kühlluftstrom durch den Flüssigkeitsrückkühler durch das Freigeben des Abluftquerschnittes ebenfalls verringert werden, um so in vorteilhafter Weise ein Auskühlen der Brennkraftmaschine zu verhindern.Selbst Brennkraftmaschinen, die mit einem nicht regelbaren Kühlluftgebläse ausgerüstet sind, erfahren eine willkommene Verbesserung, da durch die Freigebung des Abluftquerschnittes ein erhöhter Kühlluftstrom zur Ladeluftkühlung genutzt werden kann.

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Das Freigeben und das Verschließen des Abluftquerschnittes kann konstruktiv auf verschiedenartige Weise gelöst werden. So sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß der Abluftquerschnitt mittels einer der geometrischen Form der Kühlluftführung angepaßten, in oder auf der Kühlluftführung verschiebbar angeordneten Abdeckung verschließbar und freigebbar ist. Dies ist insbesondere dann zu bevorzugen, wenn die Kühlluftführung rund, oval oder rechteckig ausgeführt ist und somit die Abdeckung die Kühlluftführung ringförmig umhüllen kann. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß der Abluftquerschnitt mittels jalousieartig angeordneter und um ihre Längsachse bewegbarer Klappen verschließ- und freigebbar ist.

Das Freigeben bzw. Schließen des Abluftquerschnittes kann in einfacher Weise, z.B. mittels eines Magnetventils, zeitgleich mit Einbringen einer höheren Kraftstoffmenge erfolgen. Dazu kann beispielsweise der bei den meisten aufgeladenen Motoren im Fahrzeugeinsatz vorhandene ladeluftabhängige Vollastanschlag benutzt werden, indem die Einwirkung auf die Regelstange der Einspritzpumpe gleichzeitig für die Klappen- bzw. Abdeckungsbetätigung genutzt wird.

Aber auch eine entsprechende Vorrichtung am Fahrpedal, die beim Beschleunigen bei einer bestimmten Fahrpedalstellung den Abluftquerschnitt freigeben läßt, ist möglich.

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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht aber vor, die Größe des freigebbaren Abluftquerschnittes in Abhängigkeit einer leistungsspezifischen Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine wie z. B. Ladeluft-, Kühlflüssigkeit- oder Motorbauteiltemperatur zu verändern. Hierdurch ist es möglich, den vom Kühlluftgebläse geförderten Kühlluftstrom optimal den Kühlluftanforderungen der Ladeluft und der Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine anzupassen. Durch eine entsprechende Vorrangschaltung der Kühlflüssigkeitstemperatur ist sicherzustellen, daß eine Überhitzung der Brennkraftmaschine bei langer andauernden Vollastperioden ausgeschlossen ist.

Bei flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen mit einem Kühlluftgebläse, dessen Drehzahl thermostatisch regelbar ist, wird in Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, die Drehzahl zusätzlich zur vorhandenen Regelung in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals oder der Stellung der Regelstange der Kraftstoffeinspritzpumpe zu regeln, so daß bei Bedarf eine maximale Leistung des Kühlluftgebläses und somit ein maximaler Kühlluftstrom bei freigegebenem Abluftquerschnitt für eine optimale Ladeluftkühlung zur gleichen Zeit zur Verfügung steht. Dies ist gerade für Fahrzeuge, die einem häufigen kurzzeitigen Lastbetrieb ausgesetzt sind, zur Erzielung optimaler Leistung besonders wünschenswert.

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, in dem Ladeluftkühler in sich abgeschlossen, wärmespeichernde Elemente vorzusehen, die mit der Ladeluft und der Kühlluft im Wärmeaustausch stehen. Die wärmespeichernden Elemente sind dabei wie übliche Wärmetauscherbauelemente aufgebaut,

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ζ. B. innen und außen verrippt, und aus einem Werkstoff mit hoher Wärmekapazität hergestellt oder mit einem Arbeitsmedium mit hoher Wärmekapazität gefüllt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Arbeitsmedium im relevanten Temperaturbereich als Latentspeicher arbeitet, indem es einen Phasenwechsel oder eine chemische Reaktion mit Wärmeumsatz aufweist. Durch die wärmespeichernden Elemente kann die Kühlleistung des Ladeluftkühlers gesteigert werden, da insbesondere zu Beginn des Beschleunigungsvorganges aufgrund der Wärmespeicherwirkung der Elemente eine Ladeluftkühlung für kurze Zeit gewährleistet ist. Hierdurch ist eine weitere Optimierung des Bauvolumens des Ladeluftkühlers und des Leistungsbedarfs des Kühlluftgebläses möglich.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen: 20

Fig. la in einer Seitenansicht die erfindungsgemäße Ladeluftkühlung für eine flüssigkeitsgekühlte aufgeladene Brennkraftmaschine;

Fig. Ib einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Ladeluftkühlung nach Fig. la;

Fig. 2 ein alternatives Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladeluftkühlung für eine aufgeladene Brennkraftmaschine.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Ladeluftkühlung für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine dargestellt. Mit 1 ist die Brennkraftmaschine selbst, mit 2 der Ladeluftkühler, mit 3 das Kühlluftgebläse und mit 4 der Flüssigkkeitsrückkühler

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bezeichnet. Die vom Verdichter 5 komprimierte Ladeluft durchströmt in Pfeilrichtung 6 den Ladeluftkühler 2. Der Ladeluftkühler 2 ist mit dem Flüssigkeitsrückkühler 4 durch eine Kühlluftführung 7 verbunden, in der ein Abluftquerschnitt 8 vorgesehen ist, der mittels eines verschiebbaren Ringes 9 freigebbar ist. Der Ring kann in Richtung der Pfeile 10a, 10b bewegt werden. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 verschließt der Ring die Abluftöffnung

8. Die vom Kühlluftgebläse 3 geförderte Kühlluft durchströmt in Pfeilrichtung 11 den Ladeluftkühler und wird anschließend durch die Kühlluftführung 7 in Pfeilrichtung 11a dem Flüssigkeitsrückkühler 4 zugeführt. Der Kühlflüssigkeitskreislauf 12 der Brennkraftmaschine weist ein thermostatisches Regelventil 13 auf, das die den Kühlflüssigkeitsrückkühler durchströmende Kühlflüssigkeit mengenmäßig steuert. Ferner ist eine Bypaßleitung 14 vorgesehen, durch die - insbesondere in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine - der Flüssigkeitsrückkühler umgehbar ist. Das Kühlluftgebläse 3 ist mit einem von einer Batterie 15 mit Energie versorgten elektrischen Antrieb 16 versehen, wobei die Drehzahl des Kühlluftgebläses mittels eines Magnetschalters 17 in Abhängigkeit der Stellung des Fahrpedals 18 erhöht bzw. verringert werden kann.

Fig. Ib zeigt einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Ladeluftkühlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. la, wobei nun der Abluftquerschnitt 8 durch den Ring 9 freigegeben ist. Ein Teil des vom Kühlluftgebläse 3 geförderten Kühlluftstromes kann hier durch den freigegebenen Abluftquerschnitt 8 in Pfeilrichtung 11b aus der Kühlluftführung 7 austreten.

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Fig. 2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladeluftkühlung für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. la bezeichnet. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine in zwei nebeneinander in der Kühlluftführung 7 angeordneten Flüssigkeitsrückkühlern 4a und 4b zurückgekühlt. Ferner wird hier der Abluftquerschnitt 8 durch jalousieartig angeordnete und um ihre Längsachse bewegbare Klappen 9b freigegeben bzw. verschlossen.

Claims

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5000 Köln 80, den 16. Dez. 1981 Unser deichen: D 81/67 AE-ZPB P/B

Patentansprüche

1/ Flüssigkeitsgekühlte/ aufgeladene Brennkraftmaschine mit zumindest einem vor dem Kühlluftgebläse der Brennkraftmaschine angeordneten luftgekühlten Ladeluftkühler,

dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeluftkühler (2) und der hinter dem Kühlluftgebläse (3) angeordnete Kühlflüssigkeitsrückkühler (4) mit einer Kühlluftführung verbunden sind und in eier Kühlluftführung (7) zwecks Erhöhung des den Ladeluftkühler (2) durchströmenden Kühlluftstromes ein verschließ- unct freigebbarer Abluftquerschnitt (8) vorgesehen ist.
2. Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abluftquerschnitt (8) mittels einer der geometrischen Form der Kühlluftführung (7) angepaßten, in oder auf der Kühlluftführung verschiebbar angeordneten Abdeckung (9) verschließ- und freigebbar ist.
3. Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Äbluftquerschnitt (8) mittels jalousieartig angeordneter und um ihre Längsachse bewegbarer Klappen (9b) verschließ- und freigebbar ist.

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4. Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abluftquerschnitt (8) in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals (18) oder der Regelstangenstellung der Kraftstoffeinspritzpumpe freigebbar bzw. verschließbar ist.
5. Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des freiggebbaren Abluftquerschnitts (8) in Abhängigkeit einer leistungsspezifischen Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine (1) wie z. B. Ladeluft-, Kühlflüssigkeits- oder Motorbauteiltemperatur veränderbar ist.
6. Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche und mit einem Kühlluftgebläse, dessen Drehzahl thermostatisch regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl zusätzlich in Abhängigkeit der Stellung des Fahrpedals (18) oder der Regelstangenstellung der Kraftstoff einspritzpumpe regelbar ist.
7. Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeluftkühler (2) in sich abgeschlossene, wärmespeichernde Elemente mit hoher TÄiärmekapazität aufweist, die mit der Ladeluft und mit der Kühlluft im Wärmeaustausch stehen*