DE3200682C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine flüssigkeitsgekühlte, aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a liquid-cooled, supercharged internal combustion engine according to the preamble of Claim 1.
Derartige Brennkraftmaschinen sind allgemein bekannt. Sie haben jedoch den Nachteil - insbesondere Brennkraftma schinen mit hohen Aufladegraden -, daß für eine ausrei chende Ladeluftkühlung entweder der Ladeluftkühler sehr groß ausgeführt werden muß oder aber - bei kleinerer Aus führung des Ladeluftkühlers - der Leistungsbedarf des Kühlluftgebläses erheblich ist. Aus der gattungsgemäßen DE-AS 12 70 885 ist ein derartiges Kühlluftgebläse be kannt, dessen Drehzahl temperaturabhängig regelbar ist. Trotz dieser Drehzahlregelvorrichtung bleibt der Nachteil, daß das Gebläse bzw. der Ladeluftkühler entsprechend dem zuvor geschilderten nach den maximalen Leistungsanforde rungen der Brennkraftmaschine ausgelegt werden muß.Such internal combustion engines are generally known. However, they have the disadvantage - in particular internal combustion engines with high degrees of supercharging - that for a sufficient charge air cooling either the charge air cooler must be made very large or - with a smaller version of the charge air cooler - the power requirement of the cooling air fan is considerable. From the generic DE-AS 12 70 885 such a cooling air fan is known, the speed of which can be regulated depending on the temperature. Despite this speed control device, the disadvantage remains that the blower or the charge air cooler must be designed according to the previously described according to the maximum power requirements of the internal combustion engine.
Viele Brennkraftmaschinen benötigen eine verstärkte Lade luftkühlung 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 kurzen Beschleunigungs vorgängen mit anschließender Entlastung im innerstäd tischen Verkehr, in Lokomotiven oder in kurzzeitig über lastbaren Aggregaten. Die Wärmetauschflächen und somit auch das Bauvolumen der Ladeluftkühler der bekannten Brennkraftmaschinen sind aber nach den Erfordernissen einer ausreichenden Ladeluftkühlung während des Be schleunigungsvorganges auszurichten, so daß dementspre chend bei Teillastperioden, also zu einem großen Anteil des Brennkraftmaschinenbetriebes, die Ladeluftkühler über dimensioniert sind.Many internal combustion engines require an increased load air cooling only for a short time. This is especially true then when the internal combustion engines change frequently, but only exposed to short periods of stress are so B. in vehicles with short acceleration operations with subsequent relief in the inner city tical traffic, in locomotives or in a short time resilient units. The heat exchange surfaces and thus the volume of the charge air cooler of the known However, internal combustion engines are according to the requirements sufficient charge air cooling during loading align acceleration process, so that accordingly corresponding to part-load periods, i.e. to a large extent of internal combustion engine operation, the intercooler over are dimensioned.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die aufgezeig ten Nachteile zu verhindern und die Ladeluftkühlung, ins besondere für Brennkraftmaschinen mit häufig wechselndem Lastkollektiv, zu optimieren. Ferner soll die Ladeluftküh lung den Betriebszuständen der Brennkraftmaschine anpaßbar sein und im Teillast- und Bremsbetrieb ein Auskühlen der Maschinenbauteile verhindert werden.The object of the present invention is to show the prevent disadvantages and charge air cooling, ins especially for internal combustion engines with frequently changing Load spectrum, to optimize. Furthermore, the charge air cooler tion adaptable to the operating conditions of the internal combustion engine be and in partial load and braking operation a cooling of the Machine components can be prevented.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ladeluftkühler und der hinter dem Kühlluftgebläse angeord nete Kühlflüssigkeitskühler mit einer Kühlluftführung ver bunden sind, wobei in der Kühlluftführung zur Regelung des den Ladeluftkühler durchströmenden Kühlluftstromes ein verschließ- und freigebbarer Abluftquerschnitt vorgesehen ist.This object is achieved in that the Charge air cooler and the arranged behind the cooling air fan nete coolant cooler with a cooling air duct are bound, being in the cooling air duct to regulate the cooling air flow flowing through the charge air cooler lockable and releasable exhaust air cross section provided is.
Die durch die Erfindung erzielten Vorteile sind im wesent lichen darin zu sehen, daß bei Freigabe des Abluftquer schnittes ein wesentlich erhöhter Kühlluftstrom vom Kühl luftgebläse bei annähernd gleicher Leistungsaufnahme ge fördert werden kann und somit zur Kühlung der Ladeluft im Ladeluftkühler zur Verfügung steht. Dies ist darauf zu rückzuführen, daß der Druckwiderstand des Kühlluftgebläses nach Freigabe des Abluftquerschnitts durch die zumindest teilweise Umgehung des Kühlflüssigkeitskühlers erheblich verringert wird und somit ein nahezu verdoppelter Kühl luftstrom im Vergleich zu geschlossenem Abluftquerschnitt gefördert werden kann. Hierdurch ist es möglich, die Wär metauschflächen und somit auch das Bauvolumen des Lade luftkühlers bei gleichzeitiger Minimierung der Kühlluftge bläseleistung gering zu halten und dennoch eine ausrei chende Ladeluftkühlung - insbesondere bei Vollastbe trieb - zu gewährleisten. Da die zumindest teilweise Umge hung des Flüssigkeitskühlers bei Brennkraftmaschinen mit schnell wechselndem Lastkollektiv lediglich auf die nur kurz andauernde Belastungs - bzw. Beschleunigungsperiode beschränkt ist, wirkt sich diese Maßnahme in keiner Weise nachteilig aus, da eine Überhitzung der Brennkraftmaschine bei kurzzeitiger Belastung nahezu ausgeschlossen ist.The advantages achieved by the invention are to be seen in wesent union that when the exhaust air cross-section a significantly increased cooling air flow from the cooling air blower can be promoted ge with approximately the same power consumption and is thus available for cooling the charge air in the charge air cooler. This is due to the fact that the pressure resistance of the cooling air blower after the release of the exhaust air cross section is considerably reduced by the at least partial bypassing of the coolant cooler and thus an almost doubled cooling air flow can be promoted compared to a closed exhaust air cross section. This makes it possible metauschflächen the Wär and thus the overall volume of the charge air cooler while minimizing the Kühlluftge bläseleistung to minimize and yet a suffi-reaching charge air cooling - especially in Vollastbe drove - to ensure. Since at least partially circumvention of the chiller in internal combustion engines with rapidly changing load spectrum only to the short-lasting stress - or acceleration period is limited, this measure does not in any way disadvantageous, since overheating of the engine is almost impossible with short-term exposure.
Während der Teillastperioden oder während des Bremsbe triebs kann der Kühlluftstrom durch den Flüssigkeitskühler durch die Freigabe des Abluftquerschnittes ebenfalls ver ringert werden, um so in vorteilhafter Weise ein Auskühlen der Brennkraftmaschine zu verhindern. Selbst Brennkraftma schinen, die mit einem nicht regelbaren Kühlluftgebläse ausgerüstet sind, erfahren eine Verbesserung, da durch die Freigabe des Abluftquerschnittes ein erhöhter Kühlluft strom zur Ladeluftkühlung genutzt werden kann.During partial load periods or during braking can drive the cooling air flow through the liquid cooler by releasing the exhaust air cross section also ver be reduced, so cooling in an advantageous manner to prevent the internal combustion engine. Even internal combustion engine machines with an uncontrollable cooling air blower equipped, experience an improvement because of the Release of the exhaust air cross section an increased cooling air electricity can be used for charge air cooling.
Das Freigeben und das Verschließen des Abluftquerschnittes kann konstruktiv auf verschiedenartige Weise gelöst wer den. So sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß der Abluftquerschnitt mittels einer der geometrischen Form der Kühlluftführung angepaßten, in oder auf der Kühlluft führung verschiebbar angeordneten Abdeckung verschließbar und freigebbar ist. Dies ist insbesondere dann zu bevorzu gen, 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.The release and closing of the exhaust air cross section can be solved constructively in various ways the. So an embodiment of the invention provides that the exhaust air cross-section by means of a geometric shape the cooling air duct adapted, in or on the cooling air guide slidably arranged cover lockable and can be released. This is particularly preferable if the cooling air duct is round, oval or rectangular is executed and thus the cover the cooling air duct can encase in a ring. Another option is there in that the exhaust air cross section by means of blinds arranged and movable about their longitudinal axis flaps can be locked and released.
Die Steuerung betreffend die Freigabe bzw. den Verschluß des Abluftquerschnittes kann in einfacher Weise, z.B. mittels eines Magnetventils, zeitgleich mit Einbringen einer höheren Kraftstoffmenge in den Brennraum der Brenn kraftmaschine erfolgen. Dazu kann beispielsweise der bei den meisten aufgeladenen Motoren im Fahrzeugeinsatz vor handene ladeluftabhängig arbeitende Vollastanschlag be nutzt werden, indem dessen Einwirkung auf die Regelstange der Einspritzpumpe gleichzeitig für die Klappen- bzw. Abdeckungsbetätigung genutzt wird. Aber auch eine entspre chende Vorrichtung am Fahrpedal, die beim Beschleunigen bei einer bestimmten Fahrpedalstellung den Abluftquer schnitt freigibt, ist möglich.The control regarding the release or the closure of the exhaust air cross section can be easily, e.g. by means of a solenoid valve, at the same time as it is introduced a higher amount of fuel in the combustion chamber of the burner engine done. For example, the most of the supercharged engines used in vehicles existing full load stop depending on the charge air be used by its action on the control rod the injection pump simultaneously for the flap or Cover actuation is used. But also one device on the accelerator pedal that accelerates the exhaust air cross at a certain accelerator pedal position cuts free is possible.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, die Größe des freigebbaren Abluftquerschnittes in Ab hängigkeit einer leistungsspezifischen Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine wie Ladeluft-, Kühlflüssig keit- oder Motorbauteiltemperatur zu verändern. Hierdurch ist es möglich, den vom Kühlluftgebläse geförderten Kühl luftstrom optimal den Kühlluftanforderungen der Ladeluft und der Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine anzupassen. Durch eine entsprechende Vorrangschaltung der Kühlflüssig keitstemperatur ist sicherzustellen, daß eine Überhitzung der Brennkraftmaschine selbst bei länger andauernden Vol lastperioden ausgeschlossen ist.An advantageous development of the invention provides the size of the releasable exhaust air cross section in Ab dependency of a performance-specific operating parameter the internal combustion engine such as charge air, coolant change temperature or engine component temperature. Hereby it is possible to use the cooling supplied by the cooling air fan air flow optimally the cooling air requirements of the charge air and adapt the coolant of the internal combustion engine. With a corresponding priority switching of the coolant temperature is to ensure that overheating the internal combustion engine even with long lasting vol load periods is excluded.
Bei flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen mit einem Kühlluftgebläse, dessen Drehzahl thermostatisch regelbar ist, wird in Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, die Drehzahl zusätzlich zur vorhandenen beispielsweise temperaturabhängigen Regelung in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals oder der Stellung der Regelstange der Kraftstoffeinspritzpumpe zu regeln, so daß bei Bedarf die maximale Leistung des Kühlluftgebläses und somit ein maximaler Kühlluftstrom bei freigegebenem Abluftquer schnitt für eine optimale Ladeluftkühlung zur Verfügung steht. Dies ist gerade für Fahrzeuge, die einem häufigen kurzzeitigen Lastbetrieb ausgesetzt sind, zur Erzielung optimaler Leistung besonders wünschenswert.In liquid-cooled internal combustion engines with one Cooling air blower, the speed of which can be regulated thermostatically is proposed in an embodiment of the invention, the speed in addition to the existing one, for example temperature dependent regulation depending on the Position of the accelerator pedal or the position of the control rod to regulate the fuel injection pump so that if necessary the maximum performance of the cooling air blower and thus a maximum cooling air flow when the exhaust air cross is enabled cut for optimal charge air cooling stands. This is especially true for vehicles that are frequent are exposed to short-term load operation to achieve optimal performance particularly desirable.
Weiterhin ist vorgesehen, in dem Ladeluftkühler in sich abgeschlossene, wärmespeichernde Elemente vorzusehen, die mit der Ladeluft und der Kühlluft in Verbindung stehen. Die wärmespeichernden Elemente sind dabei wie übliche Wärmetauscherbauelemente aufgebaut, z. B. innen und außen verrippt, und aus einem Werkstoff mit hoher Wärmekapazität hergestellt oder mit einem Arbeitsmedium mit hoher Wärme kapazität gefüllt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Arbeitsmedium im relevanten Temperaturbereich als Latent speicher arbeitet, indem es einen Phasenwechsel oder eine chemische Reaktion mit Wärmeumsatz aufweist. Durch die wärmespeichernden Elemente kann die Kühlleistung des Lade luftkühlers gesteigert werden, da insbesondere zu Beginn des Beschleunigungsvorganges aufgrund der Wärmespeicher wirkung der Elemente eine Ladeluftkühlung für kurze zeit gewährleistet ist. Hierdurch ist eine weitere Optimierung des Bauvolumens des Ladeluftkühlers und des Leistungsbe darfs des Kühlluftgebläses möglich.It is also provided in the charge air cooler itself closed, heat-storing elements to provide the communicate with the charge air and the cooling air. The heat-storing elements are as usual Heat exchanger components constructed, for. B. inside and outside ribbed, and made of a material with high heat capacity manufactured or with a working medium with high heat capacity filled. It is particularly advantageous if that Working medium in the relevant temperature range as latent memory works by making a phase change or a exhibits chemical reaction with heat conversion. Through the Heat-storing elements can reduce the cooling capacity of the drawer air cooler, especially at the beginning the acceleration process due to the heat accumulator effect of the elements a charge air cooling for a short time is guaranteed. This is a further optimization the volume of the intercooler and the power of the cooling air blower possible.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von zwei bevorzug ten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:In the following, the invention is preferred on the basis of two th embodiments with reference to the figures explained in more detail. Show it:
Fig. 1a in einer Seitenansicht die erfindungsgemäße Ladeluftkühlung für eine flüssigkeitsgekühl te aufgeladene Brennkraftmaschine; Figure 1a is a side view of the charge air cooling according to the invention for a liquid-cooled supercharged internal combustion engine.
Fig. 1b ein Detail der erfindungsgemäßen Ladeluftkühlung nach Fig. 1a; FIG. 1b shows a detail of the charge-air cooling according to the invention according to Fig. 1a;
Fig. 2 ein alternatives Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladeluftkühlung. Fig. 2 shows an alternative embodiment of the charge air cooling according to the invention.
In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Ladeluftkühlung für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine dargestellt. Mit 1 ist die Brennkraftmaschine selbst, mit 2 der Lade luftkühler, mit 3 das Kühlluftgebläse und mit 4 der Flüs sigkkeitskühler bezeichnet. Die vom Verdichter 5 kompri mierte Ladeluft durchströmt in Pfeilrichtung 6 den Lade luftkühler 2. Der Ladeluftkühler 2 ist mit dem Flüssig keitskühler 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 10 a, 10 b 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 Ladeluftküh ler 2 und wird anschließend durch die Kühlluftführung 7 in Pfeilrichtung 11 a dem Flüssigkeitskühler 4 zugeführt. Der Kühlflüssigkeitskreislauf 12 der Brennkraftmaschine weist ein thermostatisches Regelventil 13 auf, das die den Kühl flüssigkeitskühler durchströmende Kühlflüssigkeit mengen mäßig steuert. Ferner ist eine Bypaßleitung 14 vorgesehen, durch die - insbesondere in der Warmlaufphase der Brenn kraftmaschine - der Flüssigkeitskühler 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 Magnet schalters 17 in Abhängigkeit der Stellung des Fahrpedals 18 erhöht bzw. verringert werden kann.In Fig. 1, the charge air cooler according to the invention is illustrated for a liquid-cooled internal combustion engine. With 1 the internal combustion engine itself, with 2 the charging air cooler, with 3 the cooling air blower and with 4 the liquid sigkkeitkühler designated. The charge air compressed by the compressor 5 flows through the charge air cooler 2 in the direction of arrow 6 . The charge air cooler 2 is connected to the liquid speed cooler 4 by a cooling air guide 7 , in which an exhaust air cross section 8 is provided, which can be released by means of a displaceable ring 9 . The ring can be moved in the direction of arrows 10 a , 10 b . In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the ring closes the exhaust air opening 8 . The conveyed by the cooling air blower 3 cooling air flows in the direction of arrow 11, the Ladeluftküh ler 2 and is then fed through the cooling air guide 7 in the direction of arrow 11 a to the liquid cooler 4 . The coolant circuit 12 of the internal combustion engine has a thermostatic control valve 13 which controls the amount of coolant flowing through the coolant cooler. Furthermore, a bypass line 14 is provided through which the liquid cooler can be bypassed , in particular in the warm-up phase of the internal combustion engine. The cooling air blower 3 is provided with an electric drive 16 supplied with energy by a battery 15 , the speed of the cooling air blower being able to be increased or decreased depending on the position of the accelerator pedal 18 by means of a magnetic switch 17 .
Fig. 1b zeigt ein Detail der erfindungsgemäßen Ladeluft kühlung nach Fig. 1a, wobei der Abluftquerschnitt 8 durch den Ring 9 freigegeben ist. Ein Teil des vom Kühlluftge bläse 3 geförderten Kühlluftstromes kann hier durch den freigegebenen Abluftquerschnitt 8 in Pfeilrichtung 11 b aus der Kühlluftführung 7 austreten. Fig. 1b shows a detail of the charge air cooling according to the invention according to Fig. 1a, wherein the exhaust air cross section 8 is released by the ring 9 . A portion of the cooling air flow 3 conveyed from the blower Kühlluftge can here by the shared exhaust air cross-section 8 in the direction of arrow 11 b emerging from the cooling air passage. 7
Fig. 2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladeluftkühlung. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1a bezeichnet. In die sem Ausführungsbeispiel wird die Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine in zwei nebeneinander in der Kühlluft führung 7 angeordneten Flüssigkeitskühlern 4 a und 4 b zu rückgekühlt und der Abluftquerschnitt 8 wird durch jalou sieartig angeordnete und um ihre Längsachse bewegbare Klappen 9 b freigegeben bzw. verschlossen. Fig. 2 shows an alternative embodiment of the charge air cooling according to the invention. The same parts are designated with the same reference numerals as in Fig. 1a. In the sem embodiment, the coolant of the internal combustion engine in two side by side in the cooling air 7 arranged liquid coolers 4 a and 4 b to recooled and the exhaust air cross section 8 is released or closed by jalou si-like and movable about its longitudinal axis flaps 9 b .
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