DE3047781A1 - Luftgekuehlte brennkraftmaschine mit einem kuehlluftgeblaese - Google Patents

Luftgekuehlte brennkraftmaschine mit einem kuehlluftgeblaese

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DE3047781A1
DE3047781A1 DE19803047781 DE3047781A DE3047781A1 DE 3047781 A1 DE3047781 A1 DE 3047781A1 DE 19803047781 DE19803047781 DE 19803047781 DE 3047781 A DE3047781 A DE 3047781A DE 3047781 A1 DE3047781 A1 DE 3047781A1
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Paul 5060 Bergisch Gladbach Tholen
Achim Dipl.-Ing. 5000 Köln Zur Nieden
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Description

Klöcknor-HumboIdt-DeuizAG /^W^lWliU) ' '. ' ■ '".· * j NACHQEREICHl
5000 Köln 80, den 10. Dez. 1980 3 047781 Unser Zeichen: D 80/68 AE-ZPB So/B
Luftgekühlte Brennkraftmaschine mit einem Kühlluft—
gebläse
Die Erfindung betrifft eine luftgekühlte Brennkraftmaschine mit einem Kühlluftgebläse, das über eine hydrodynamische Kupplung von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, wobei die hydrodynamische Kupplung durch den ihr zugeteilten Ölstrom durch die Füllung in Abhängigkeit von der Temperatur eines Bauteils oder des Abgases oder der erwärmten Kühlluft thermostatisch geregelt wird.
Bei Brennkraftmaschinen, die in großen Höhen eingesetzt werden, nimmt bekanntlich die Fördermenge des Kühlgebläses mit abnehmender Luftdichte ebenfalls ab, so daß die Kühlleistung des Kühlsystems, das in der Regel für den Betrieb wenig höher als Normalhöhe Null ausgelegt ist, nicht ausreicht.
Bei Betrieb in großen Höhen geht mit der geringeren Kühlleistung des Gebläses zwar eine Verringerung der Maschinenleistung einher, diese ist jedoch bei Maschinen mit Aufladung vernachlässigbar klein, so daß dort ein deutliches Nachlassen der notwendigen Kühlleistung eintritt.
Zum Ausgleich der geringeren Fördermenge bei geringerer Luftdichte müßte die Drehzahl des Kühlgebläses erhöht werden. Diese Drehzahlerhöhung müßte z.B. bei Betrieb in 2260 m Höhe mit etwa dem 0,8-fachen Luftdruck gegenüber Meereshöhe etwa 25 % über der in Meereshöhe betriebenen Maschine liegen. Das entspricht dem linearen Zuwachs des Fördervolumens des Gebläses von 100 % auf 125 %. Die Drehzahlerhöhung des Kühlgebläses auf 125 % bedeutet aber zugleich eine Leistungsaufnahme des Kühlgebläses mit der dritten Potenz, was einer Leistungssteigerung auf 196 % der ursprünglichen Leistungsaufnahme entspricht. . .. .'
Würde man das Kühlgebläse für diese Mehrleistung auslegen und in Meereshöhe betreiben, so ergäbe sich bei voller Gebläsedrehzahl ständig eine Verlustleistung von 96 % der ursprünglich 100 %igen Gebläseleistung.
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Bei Betrieb in einer Höhe (2260 m) mit dem 0,8-fachen Normaldruck ist die Leistungsaufnahme 157 %. Veranschaulicht werden diese Verhältnisse in dem gezeigten Diagramm in Fig. 1 und zwar durch die Kurven a und b, wie sie noch näher beschrieben werden.
Es ist bekannt (DE-PS 755" 203, Klasse 46a 9-15), den Luftdruck in der Ladeluftleitung einer Brennkraftmaschine mittels einer barometrischen Dose zu erfassen und in Abhängigkeit hiervon ein Ladeluftgebläse, welches von der Brennkraftmaschine über eine hydraulische Kupplung angetrieben wird, zu regeln. Nachteilig ist hierbei, daß für den Gebläseantrieb zwei hydraulische Kupplungen und für deren Ölversorgung zwei getrennte Ölpumpen vorgesehen sind. Damit muß für die Schmierölversorgung der Brennkraftmaschine eine weitere Ölpumpe mit Antrieb vorgesehen v/erden. Ein solcher Bauaufwand für den zusätzlichen Ölstrom zur Erreichen einer höheren Gebläsedrehzahl ist unverhältnismäßig groß und kostspielig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer luftgekühlten Brennkraftmaschine mit Kühlluftgebläse, dessen Leistungsaufnahme für Betriebsbedingungen in größerer Höhe ausgelegt ist, bei Betrieb in geringer Höhe, wie z.B. Meereshöhe, dem geringeren Kühlluftbedarf stetig anzupassen, so daß eine möglichst geringe Verlustleistung des Kühlgebläses entsteht. Dieses wird bei einem Kühlluftgebläse der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß zur Anpassung an den Umgebungsluftdruck die Ölfüllung der hydraulischen Kupplung über eine zusätzliche Füllungsleitung von einer barometrischen Dose über ein Verstellglied zusätzlich mit Öl beschickt wird und die hydrodynamische Kupplung zur Aufnahme dieser zusätzlichen Füllmenge größer dimensioniert ist.
Mit Hilfe eines solchen Kühlluftgebläses ist es möglich, den Kühlluftbedarf der jeweiligen Luftdichte anzupassen. Dieses geschieht bei einem Kühlluftgebläse, das für einen Mehrbedarf von 25 % Kühlluft bei geringer Luftdichte ausgelegt ist, durch Drosseln der Zusatzölmenge bei Aufstellung der Maschine in Normal-
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nullhöhe auf 100 % Förderleistung statt 125 %. Hierzu wird das Öl als Betriebsmittel der hydraulischen Kupplung von der Schmierölversorgung der Brennkraftmaschine abgezweigt und in zwei parallelen Ölströmen unabhängig voneinander geregelt und gemeinsam der hydraulischen Kupplung zugeführt.
Die Regelung der Teilstrme erfolgt bei einem Teilstrom in Abhängigkeit von der Abgastemperatur der Brennkraftmaschine, wobei diese Menge etwa 3/4 der abgezeigten Ölmenge entspricht." Damit wird der gesamte Kuhlluftmengenbedarf bei Aufstellung der Maschine in Meereshöhe gedeckt.
Für die zusätzlich benötigte Kühlluftmenge bei Verringerung der Luftdichte wird vorgeschlagen, daß der andere Teilstrom in'Abhängigkeit vom Urngebungsluftdruck geregelt wird und einen Anteil von 1/4 der abgezweigten Ölmenge liefert.
Um den Teilstrom von 3/4 der abgezweigten Ölmenge mit einfachen Mitteln zu dosieren, wird"vorgeschlagen, daß die Durchflußquerschnitte für den einen Teilstrom so dimensioniert sind, daß sie nur 3/4 der abgezweigten Ölmenge durchlassen.
Eine weitere Sicherheit der Kühlleistungsbegrenzung wird dadurch erreicht, daß in der hydrodynamischen Kupplung im inneren Kupplungsgehäuse eine Ölaustrittsöffnung vorgesehen ist. Diese Öffnung ist in einer solchen Entfernung .von der Mitte der hydraulischen Kupplung angeordnet, daß sich lediglich ein Ölring von 80 % Füllung in der Kupplung ansammeln kann, aber bei Aufschaltung des zweiten Teilstromes, der barometrisch geregelt ist, die weitere Füllung der Kupplung zu 100 %?entsprechend 125 % Gebläsedrehzahl, erfolgt.
Um die Regelung bei,.geringen Stellkräften der Meßwertgeber zu stabilisieren, wird vorgeschlagen, daß die Regelung der Teilströme über Servoeinrichtungen erfolgt.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
Die Abb. 1 zeigt in einer graphischen Darstellung die Leistungsaufnahme eines Kühlgebläses in Abhängigkeit von der Luftdichte bzw. Höhe über dem Meeresspiegel.
Die Abb. 2 zeigt in einer graphischen Darstellung die Abhängigkeit der Gebläsedrehzahl bzw. Füllung der hydraulischen Kupplung von der Leistung und damit dem Kühlluftbedarf der Brennkraftmaschine.
Die Abb. 3 zeigt in einer graphischen Darstellung die Abhängigkeit der Kühlgebläsedrehzahl von der Öldurchflußmenge der hydraulischen Kupplung, wobei letztere durch einen Überlauf eine Änderung der Füllungscharakteristik erfährt.
Die Abb. 4 zeigt in einem Ausführungsbeispiel den Antrieb und die Regeleinrichtungen eines Kühlluftgebläses mit dem Betriebsmitte lkrei S-I auf .
Die Abb. 5 zeigt einen Längsmittelschnitt durch eine hydraulische Kupplung.
In Abb. 1 sind in einem Schaubild auf der Abzissenachse die Luftdichte und Ortshöhe über Normal-Null aufgetragen und auf der Ordinatenachse die Leistungsaufnahme bzw. Drehzahl eines Kühlgebläses dargestellt und zwar für drei verschiedene Fälle. Dabei bedeutet die Vollinie die Leistungsaufnahme und die gestrichelte Linie die Drehzahl des Kühlgebläses. Im Fall a) ist eine konstante Gebläsedrehzahl von 100 % entsprechend der vollen Kühlleistung angenommen, wobei die Leistungsaufnahme mit zunehmender Höhe über NN stetig abnimmt, weil die Luftdichte Q : Q0 ebenfalls abnimmt. Für die Höhe 2260 m ergibt sich eine Luftdichte von etwa 0,8 gegenüber der Luftdichte 1,0 in Meereshöhe (NN),
Im Falle b) ist ein Kühlluftgebläse angenommen, dessen Kühlleistung durch Steigerung der Drehzahl auf 125 % in Meereshöhe zwar eine Leistungsaufnahme von 196 % hat, das aber in einer Höhe von 2260 m
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Klöckner-Hiimboldt-DcutzAG
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nur noch eine Leistungsaufnahme von 0,8 χ 196 = 157 % hat. Die
dabei erbrachte Kühlleistung reicht ausj ' ■". die mit abnehmender Luftdichte nachlassende Kühlleistung auszugleichen.
Man erkennt als Nachteil, daß ein solches, von vornherein für den höheren Aufstellungsort ausgelegtes Kühlungssystem in Höhe NN ständig 96 % mehr Leistung aufnimmt und damit sehr unwirtschaftlich arbeitet.
Der Fall c) zeigt auf-, wie die ungünstigen Verhältnisse von Fall b) vermieden werden können. Das Gebläse ist zwar für 125 % Überdrehzahl ausgelegt, es arbeitet aber durch geregelten Schlupf in Höhe NN mit nur 100 % Drehzahl; eine notwendige Drehzahlsteigerung wird durch Verringerung des Schlupfes durch Mehrfüllung, die in Abhängigkeit vom Luftdruck geregelt wird, erreicht. Hierbei steigt die Leistungsaufnahme stetig bis 156 % an und die Drehzahl bis 125 %; was einem konstanten Luftmassendurchsatz entspricht.
Die senkrecht schraffierten Flächen stellen den bei den jeweiligen Einsatzhöhen erzielbaren Gewinn des Gebläses c) gegenüber b) hinsichtlich Leistung und Drehzahl dar. Die Schraffur zwischen den gestrichelten Drehzahllinien zeigt den Gewinn an Drehzahl an und in gleicher Weise die Schraffur zwischen den Leistungsaufnahmelinien den Gewinn an Leistung.
In Abb. 2 sind in einer graphischen Darstellung auf der Abszissenachse die Maschinenleistung und auf der Ordlnatenachse die Kühlgebläsedrehzahl und die mit ihr einhergehende Füllung der hydraulischen Kupplung und deren Schlupf aufgetragen.
Analog sur Darstellung -in Bild 1 sind auch hier drei Fälle aufgezeigt. Im Fall 1 zeigt die Linie 3 im Schnittpunkt mit der Linie 1 den Zustand mit 100 % Gebläsedrehzahl und Füllung. Da diese Füllung und Drehzahl bei Betrieb in großer Höhe nicht ausreichen, wird wieder "eine Füllung und Drehzahlsteigerung auf 125 % angenommen, was durch die Linie 4 dargestellt wird, die bis zur Drehzahl-.
Klöckner-Humboldt-Öeutz AG
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linie 2 reicht. Voraussetzung ist selbstverständlich eine entsprechend größer dimensionierte hydraulische Kupplung. Durch eine Regelung in Abhängigkeit vom barometrischen Druck in Verbindung mit der vorhandenen Leistungsregelung der Maschine ergibt sich eine Füllung der hydraulischen Kupplung entsprechend dier Linie 5.
In Abb. 3 ist die Wirkung der im Innengehäuse der hydraulischen Kupplung vorgesehenen Überlaufbohrung 40 (Fig. 5), die die Füllung auf 80 % begrenzen soll, in einem Schaubild dargestellt. Auf der Abszissenachse ist die Öldurchflußmenge aufgetragen und auf der Ordinate die Gebläsedrehzahl bzw. die Füllung der hydraulischen Kupplung. Nach der eingezeichneten Kurve erreicht diese nach linearem Anstieg die 80 %-Füllung im Punkt a), bei gleichzeitiger 100 %iger Drehzahl. In diesem Betriebspunkt herrscht bei nichtwirksamer zusätzlicher Füllung Gleichgewicht. Wird jedoch durch die barometrische Regelung die Zusatzölmenge freigegeben, so steigt die Kurve mit flacherer Steigung bis zu 100 %iger Füllung und 125 % Drehzahl an.
In Abb. 4 ist das Kühlluftgebläse 10 einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine, das über eine hydraulische Kupplung 11 angetrieben wird, wobei letztere von der Druckumlaufschmierung der Brennkraftmascine 12, 15; 13, 16 mit Öl versorgt wird und von zwei Regeleinrichtungen gesteuert wird, dargestellt. Für die Versorgung der Druckumlaufschmierung der Brennkraftmaschine wird Schmieröl aus der Ölwanne 12 über eine Saugleitung 15 von der Ölpumpe 13 angesaugt und über die Druckleitung 16 den Schmierstellen zugeführt. Von der Druckleitung 16 ist eine Druckleitung 17 abgezweigt, die die Mengenregeleinrichtung 18 mit Drucköl versorgt. Die Regeleinrichtung 18 (gezeichnet in geschlossener Stellung) wird von einem Steuerkolben 19 über einen Abasthermostaten 20 so gesteuert, daß bei steigender Abgastemperatur Drucköl über die Leitung 21 auf den Kolben 18 wirkt und diesen axial so weit verschiebt, daß die Leitung 17 für den Durchfluß zur hydraulischen Kupplung 11 über die Leitung 21' und die Bypaßleitung 22 zur Regeleinrichtung 23 freigegeben wird. Zur Druckentlastung bei Verstellung des Steu-
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erkolbens 19 in entgegengesetzter Richtung dient die Leitung 24 mit Drossel 25.
Die Leitung 21* ist so dimensioniert, daß sie nur eine Ölmenge, die die hydraulische Kupplung 11 zu 80 % füllt, hindurchläßt. Als Sicherung gegen eine Mehrfüllung ist außerdem in.der hydraulischen Kupplung 11 eine Überlauföffnung 40 vorgesehen (Fig. 5), die eine größere Füllungsmenge verhindert. .
Die Bypaßleitung 22 wird von der Regeleinrichtung 23 einem Drehschieber und dieser von der barometrischen Dose 27 über ein Gestänge 28 beherrscht. Mit sinkendem barometrischem Druck wird der Schieber in die geöffnete Stellung gedreht, so daß eine zusätzliche Ölmenge über die Leitung 29 zur hydraulischen Kupplung 11 fließen kann, die diese zu 100 % füllt. Bei steigendem barometrischem Druck wird die Bypaßleitung 30 geschlossen, so das das Öl über die Leitung 31 zur Ölwanne zurückfließen kann.
In Abb. 5 ist das Kühlluftgebläse 10, das mit der hydraulischen Kupplung 11 eine Baueinheit bildet, im Längsmittelschnitt dargestellt. Die hydraulische Kpplung 11 bildet die Nabe des Kühlgebläses 10 und ist über die Leitschaufeln 34 mit dem äußeren Gebläsegehäuse verbunden. Die Antriebswelle 41, die mit dem Primärrad 32 verbunden ist, überträgt das Drehmoment mit mehr 'oder weniger starkem Schlupf - je nach Füllung der Kupplung - auf das Sekundärrad 33, das mit dem Gebläseläufer 35 verbunden ist. Dabei bestimmt die Füllung der Kupplung 11 mit Schmieröl den Schlupf und damit die Gebläsedrehzahl. Der Ölzulauf zur hydraulischen Kupplung erfolgt über eine Anschlußgewindebohrung 38 und Kanäle von der Kupplungsmittel aus über Öffnungen 36$ der Ölrücklauf dagegen vom Umfang des sich bildenden Ölringes in der Kupplung über den Rohrsteckanschluß 39 im Außengehäuse. Um einen Ölring,der etwa 80 % der Kupplungsfüllung, entspricht, in der Kupplung durch einen Überlauf zu begrenzen, dient die Öffnung 40, die geringe Mehrmengen an Ölförderung übertreten läßt. Bei Ölzufluß über den Bypaß 22, 30 (Fig. 4) stellt sich eine so große Ölmenge ein, die über die Öffnung 40 nicht mehr allein abfließen kann. Die Kupp-
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lung 11 füllt sich dann zu 100 %. Das Öl fließt nun in bekannter Weise über die. Bohrung 37 und die Überlauföffnung 40 und die Gehäuseinnendurchmesseröffnung in Umfangsrichtung zum Rohrsteck— Verbindungsanschluß 39 ab.

Claims (8)

  1. 5000 Köln 80, den 10. Dez. 1980 Unser Zeichen: D 80/68 AE-ZPB So/B
    Patentansprüche
    lJ Luftgekühlte Brennkraftmaschine mit einem Kühlluftgebläse, das über eine hydrodynamische Kupplung von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, wobei die hydrodynamische Kupplung durch den ihr zugeteilten Ölstrom durch die Füllung in Abhängigkeit von der Temperatur eines Bauteils oder des Abgases oder der erwärmten Kühlluft thermostatisch geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung an den Umgebungsluftdruck die Ölfüllung der hydraulischen Kupplung (11) über eine zusätzliche Füllungsleitung (30) von einer barometrischen Dose (27) über ein Verstellglied (23, 28) zusätzlich mit Öl beschickt wird und die hydrodynamische Kupplung (11) zur Aufnahme dieser zusätzlichen Füllmenge größer dimensioniert ist.'
  2. 2. Kühlluftgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betriebsmittel der-hydraulischen Kupplung ein von der Schmierölversorgung (12, 15, 13, 16) der Brennkraftmaschine abgezweigter Ölstrom (17) ist.
  3. 3. Kühlluftgebläse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der für die hydraulische Kupplung (11) abgezweigte Ölstrom (17) in zwei parallele unabhängig geregelte Teilströme (30, 211) aufgeteilt ist.
  4. 4. Kühlluftgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom (21') in Abhängigkeit von der Abgastemperatur geregelt wird und einen Anteil von etwa 3/4 der abgezweigten Ölmenge liefert.
  5. 5. Kühlluftgebläse nach einem der Ansprüche Ί bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Teilstrom (30) in Abhängigkeit vom Umgebungsluftdruck geregelt wird und einen Anteil von 1/4 der abgezweigten Ölmenge liefert.
    ORIGINAL INSPECTED
    2O1OOO 0,79 pg
    F3W/1
    Klöckner-Humboldt-Deulz AG
    I .* , \ II". , !"! *: j NACHQEREICH'.
    T V-- »rf »
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  6. 6. Kühlluftgebläse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußquerschnitte (211) für den einen Teilstrom so dimensioniert sind, daß sie nur 3/4 der abgezweigten Ölmenge durchlassen.
  7. 7. Kühlluftgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der hydraulischen Kupplung (11) im inneren Kupplungsgehäuse eine Ölübertrittsbohrung (40) vorgesehen ist.
  8. 8. Kühlluftgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Teilströme (21·, 30) über Servoeinrichtungen (19) erfolgt.
    20000 9.79 PS
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