DE3200686A1

DE3200686A1 - Luftgekuehlte brennkraftmaschine mit aufladung und ladeluftkuehlung

Info

Publication number: DE3200686A1
Application number: DE19823200686
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl.-Ing. 5060 Bergisch 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

Description

5000 Köln 80, den 15.Dez. 1981 Unser Zeichen: D 81/58 AE-ZPB P/B

Luftgekühlte Brennkraftmaschine mit Aufladung und Ladeluftkühlung

Der Erfindung bezieht sich auf eine luftgekühlte Brennkraftmaschine mit Aufladung, insbesondere für Fahrzeuge mit einem Getriebe und einer hydrodynamischen Bremse (Retarder), mit einem luftgekühlten Ölkühler zur Rückkühlung des Motors und ggfs. des Retarder- bzw. Getriebeöles und mit einem Ladeluftkühler, der Kanäle für das Motor- und ggfs. für das Retarder- bzw. Getriebeöl aufweist und von diesen durchströmbar ist.

Es sind aufgeladene Brennkraftmaschinen mit Ladeluftkühlung bekannt, bei denen die Umgebungsluft zur Kühlung der Ladeluft herangezogen wird (DE-OS 26 55 017). Derart bekannte Ladeluftkühlsysterne sind sehr aufwendig aufgebaut und sind nicht in der Lage, die Ladeluft entsprechend den Betriebszuständen der Brennkraftmaschine zu temperieren.

Es ist ferner eine Brennkraftmaschine aus der DE-OS 27 41 244 bekannt, bei der durch die Retarder- bzw. Getriebeölbeaufschlagung des Ladeluftkühlers während des Lastbetriebes die Kühlung der Ladeluft durch das in den luftgekühlten Ölkühler zurückgekühlte Getriebeöl sichergestellt werden soll, und während des Bremsbetriebes eine Vorwärmung der Ladeluft zur Verhinderung des Auskühlens des

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Motors durch das Retarderöl erfolgt. Die bekannte Brennkraftmaschine kann allerdings bezüglich der Kühlleistung des Ladeluftkühers nicht ganz befriedigen. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, daß das im ölkühler zurückgekühlte Getriebeöl am Ölkühleraustritt und somit auch am Ladeluftkühlereintritt noch relativ hohe Temperaturen aufweist, so daß die Wärmeaustauschflächen im Ladeluftkühler für eine ausreichende Ladeluftkühlung sehr groß dimensioniert werden müssen. Das hieraus resultierende Bauvolumen des Ladeluftkühlers ist erheblich und wird den Platzverhältnissen heutiger Brennkraftmaschinen nicht gerecht, zumal schon der ölkühler der vorbekannten Brennkraftmaschine für eine ausreichende Rückkühlung des Getriebe- und Retarderöles beträchtliche Abmessungen aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, daß die Kühlung der Ladeluft auch im Volllastbetrieb bei vertretbarer Dimensionierung des Ladeluftkühlers unter Beibehaltung der Möglichkeit zur vorteilhaften Erwärmung der Ladeluft im Teillast- bzw. Bremsbetrieb sichergestellt ist.

Ferner soll der Ölkühler zur Rückkühlung des Motoröles und ggfs. des Getriebe- und Retarderöles bezüglich der Baugröße optimiert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ladeluftkühler vor dem Kühlluftgebläse der Brennkraftmaschine angeordnet und von diesem mit Kühlluft beaufschlagbar ist und in der

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Begrenzungswand des Kühlluftaufnehmerraumes der Brennkraftmaschine bewegliche Klappen vorgesehen sind, die zur Freigebung einer Abluftöffnung im Kühlluftaufnehmerraum betätigbar sind. 5

Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird die Ladeluftkühlung ausschließlich durch Kühlluft sichergestellt. Da die Kühlluft bei der relativ geringen Umgebungstemperatur von ca. 20⁰C vorliegt, können die Wärmeaustauschflächen des Ladeluftkühlers relativ klein dimensioniert werden, wodurch das Bauvolumen in vorteilhafter Weise erheblich verringert wird. Die vorteilhafte Erwärmung der Ladeluft im Teillast- bzw. Bremsbetrieb wird dadurch erzielt, daß die ölkanäle im Ladeluftkühler hierbei von Motoröl und ggfs. von Getriebe- und Retarderöl durchströmt werden. Durch die beweglichen Klappen im Kühlluftaufnehmerraum der Brennkraftmaschine kann die Kühlleistung des Ladeluftkühlers ebenfalls noch weiter erhöht werden. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Druckwiderstand des Kühlluftgebläses durch das öffnen der Klappen im Kühlluftaufnehmerraum erheblich verringert wird und der Luftstrom durch die Motorbauteile der Brennkraftmaschine absinkt, so daß ein nahezu verdoppelter Kühlluftstrom im Vergleich zu geschlossenen Klappen zur Kühlung der Ladeluft zur Verfügung gestellt werden kann. Hierdurch wird eine maximale Kühlleistung des Ladeluftkühlers ermöglicht, was vor allem bei kurzzeitigen Beschleunigungsvorgängen zur Erzielung einer maximalen Leistungsdichte der Brennkraftmaschine von Bedeutung ist, und wobei aufgrund der Beschränkung

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auf die relativ kurze Zeit auch eine verminderte Kühlung der Motorbauteile zugelassen werden kann.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, den ölkühler zur Rückkühlung des Motor- ,Getriebebzw. Retarderöles im Kühlluftaufnehmerraum der Brennkraftmaschine derart anzuordnen, daß er von dem durch die Abluftöffnung aus dem Kühlluftaufnehmerraum austretendem Kühlluftstrom mit Kühlluft beaufschlagbar ist. Durch diese Anordnung kann auch während des Retarderbetriebes aus der Klappenbetätigung Nutzen gezogen werden, da der durch die Freigebung der Abluftöffnung im Retarderbetrieb erhöhte Kühlluftstrom nun die Kühlleistung des Ölkühlers erheblieh erhöht. Durch die Verringerung des Kühlluftstromes durch die Motorbauteile wird in diesem Betriebszustand in vorteilhafter Weise ein Auskühlen des Motors praktisch verhindert.

Das Leitungssystem des Motoröls bzw. Getriebe- und Retarderöles ist so gestaltet, wie in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß durch eine Bypaßleitung der ölkühler umgehbar ist. Dies ist vor allem in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine von besonderer Bedeutung, um vor allem das Getriebeöl und Motoröl möglichst schnell auf eine günstige Betriebstemperatur zu bringen. Durch bekannte Regeleinrichtungen wie Thermostatventile kann die den Ladeluftkühler und/oder den ölkühler durchströmende ölmenge geregelt werden. Diese Mengenregelung erfolgt zweckmäßigerweise in Abhängigkeit einer leistungsabhängigen Betriebskenngröße. Als

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Betriebskenngröße bieten sich hierzu beispielsweise Ladedruck, Ladeluft-, Getriebeöl-, Motoröl- oder Retarderöltemperatur an.

Die Klappenbetätigung kann in einfacher Weise über einen Elektromagneten zeitgleich mit Einbringen einer höheren Kraftstoffmenge z.B. in Abhängigkeit der Regelstangenstellung der Kraftstoffeinspritzpumpe oder mit Einschalten des Retarders erfolgen. Diese einfache Ausführung ist vor allem bei Brennkraftmaschinen von Bedeutung, die in Fahrzeugen Anwendung finden, da hier oft Betriebszustände auftreten, z. B. bei kurzen Beschleunigungsvorgängen, in denen die Ladeluft eine sehr starke Kühlung zur Erzielung optimaler Leistungsdichte, der Motor hingegen noch keine Kühlung benötigt.

Um den Kühlluftstrom aber dem Kühlluftbedarf von Ladeluft und Motor anpassen zu können, wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, die Klappen in Abhängigkeit einer leistungsabhängigen Betriebskenngröße zu steuern, d. h., die freigegebene Abluftöffnung und somit den Kühlluftstrom durch den Ladeluftkühler, den ölkühler und die Motorbauteile den Be- triebszuständen entsprechend anzupassen. Dies kann durch bekannte Regeleinrichtungen erfolgen. Als Betriebskenngröße bieten sich hierzu beispielsweise Ladedruck, Regelstangenstellung der Einspritzpumpe, Ladeluft-, Motorbauteil-, Retarderöl-, Motoröl- oder Getriebeöltemperatur an. Hierbei ist allerdings durch eine Vorrangschaltung der Motorbauteiltemperatur sicherzustellen, daß eine Überhitzung der Brennkraftmaschine ausgeschlossen ist.

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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Drehzahl des Kühlluftgebläses, z. B. über eine hydrodynamische Kupplung, in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit einer leistungsabhängigen Betriebskenngröße regelbar ist. Als Betriebskenngröße bieten sich hier wiederum Ladeluft-, Motorbauteil-, Retarderöl- oder Getriebeöltemperatur, Gaspedalstellung oder Regelstangenstellung der Einspritzpumpe an. Hierdurch ist vor allem in Verbindung mit der Klappensteuerung eine optimale Anpassung an den jeweiligen Kühlluftbedarf von Ladeluftkühler, ölkühler und Motorbauteilen möglich. Dies kann vor allem dann von Bedeutung sein, z. B. bei Beschleunigungsvorgängen, wenn eine maximale Motorleistung zur Verfugung stehen soll und somit die Gebläseleistung minimiert werden muß, aber trotzdem eine ausreichende Ladeluftkühlung sichergestellt sein muß.

In den Fig. 1 und 2 wird die Erfindung in schematischer Seitenansicht anhand von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Mit 1 ist eine luftgekühlte, aufgeladene Brennkraftmaschine bezeichnet, bei der ein Ladeluftkühler 2 vor dem Kühlluftgebläse 3 angeordnet ist. Das Kühlluftgebläse 3 kann mit einer Drehzahlregelung, z. B. über eine hydrodynamische Kupplung, ausgerüstet sein. Die vom Verdichter 4 komprimierte Ladeluft wird von dem in Pfeilrichtung 5 von Kühlluft durchströmten Ladeluftkühler 2 zurückgekühlt und anschließend in Pfeilrichtung 6 der Brennkraftmaschine

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zugeführt. In der Begrenzung des nicht näher dargestellten Kühlluftaufnehmerraumes der Brennkraftmaschine 1 sind bewegliche Klappen 7 vorgesehen, die jalousieartig angeordnet und um ihre Längsachse bewegbar sind, so daß bei Bedarf eine Abluftöffnung im Kühlluftaufnehmerraum freigegeben und dadurch ein wesentlich erhöhter Kühlluftstrom vom Kühlluftgebläse 2 gefördert werden kann. Unterhalb der Klappen ist ein Ölkühler 8 zur Rückkühlung des Motor-, Getriebe- bzw. Retarderöls angeordnet. Diese Anordnung bewirkt, daß der Ölkühler 8 bei geöffneten Klappen von dem durch die Abluftöffnung austretendem Kühlluf tstrom beaufschlagbar ist. Der Ladeluftkühler 2 ist mit ölkanälen 9 versehen, die mit dem Motoröl-, Getriebeöl- bzw. Retarderölkreislauf verbunden sind.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Ladeluftkühler 2 nur im Bremsbetrieb von Öl durchström·* bar. Im normalen motorischen Betrieb durchströmt das Motor- bzw. Getriebeöl in Pfeilrichtung 10 den Ölkühler 8 und fließt anschließend durch die Leitung 11 über das Regelventil 12 und das Umschaltventil 13a zum Getriebe bzw. Motor zurück. Im Brems- oder ggfs. im Retarderbetrieb durchströmt das Motor-, Getriebe- bzw. Retarderöl zur Vorwärmung der Ladeluft in Pfeilrichtung 14 den Ladeluftkühler 2. Dies wird bewirkt durch das Umschaltventil 13, 13a, das z. B. mit Einschalten des Retarders auf die Stellung 13 schaltet, und durch das Regelventil 12,

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das bei entsprechendem Gegendruck in der Leitung 11 den Zugang zu den Ölkanälen 9 des Ladeluftkühlers 2 freigibt. Die Steuerung der Klappen 7 und ggfs. die Drehzahlregelung des Kühlluftgebläses 2 erfolgt durch einen im Regelventil 12 integrierten Thermostaten in Abhängigkeit der Motoröl- bzw. Getriebeöltemperatur. Während des Retarderbetriebes wird diese Thermostatregelung übersteuert, bewirkt durch das Umschaltventil 13, 13a, so daß die Klappen 7 voll geöffnet und die Drehzahl des Kühlluftgebläses 2 auf Maximalwert angehoben werden, wodurch eine optimale Retarderölkühlung gewährleistet ist.

In Fig. 2 ist ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie in Fig. 1 dargestellt. Deshalb sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 bezeichnet. Der Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach Abb. 1 besteht darin, daß hier auch eine Ölbeaufschlagung des Ladeluftkühlers 2 im Leerlauf und im Teillastbereich erfolgen kann. Dies wird durch eine Bypaßleitung 16, ein Thermostatventil 17, eine Leitung 18 und das Regelventil 12, das hier als kombiniertes Thermostat-/Überdruckventil ausgeführt ist, bewirkt.

Bis zu einem vorgebbaren Temperaturwert im Regelventil 12 strömt das Motor- bzw. Getriebeöl unter Umgehung des Ölkühlerε 8 durch die Bypaßleitung 16, das Regelventils 12, die Leitung 11 und über das Umschaltventil 13a. Dies ist vor allem in der Warmlaufphase des Motors zur schnellen Vorwärmung der Brennkraftmaschine von Bedeutung. Bei Überschreiten des Temperaturwertes schaltet das Regelventil 12 um, so daß das Getriebe- bzw. Motoröl nun durch die Bypaßleitung 16, die Leitung 11

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und in Pfeilrichtung 14 durch den Ladeluftkühler 2 strömen kann, so daß eine Vorwärmung der Ladeluft und eine Kühlung des Öles im Ladeluftkühler erfolgt. Das Thermostatventil 17 regelt in Abhängigkeit der Ladeluft- und Öltemperatur die den Ladeluftkühler durchströmende ölmenge. Das öl fließt durch die Leitungen 18 und 11 und das Umschaltventil 13, 13a zum Motor bzw. Getriebe zurück. Bei Erreichen einer Maximaltemperatur im Regelventil 12 gibt dieses den Weg für das Motor- bzw. Getriebeöl durch den Ölkühler 8, den Ladeluftkühler 2 und die Leitung 11 frei.

Die Klappen 7 und ggfs. die Drehzahl des Kühlluftgebläses 2 werden ebenfalls über diesen Thermostaten des Thermostatventiles 17 in Abhängigkeit der Ladeluft- und Getriebeolemperatur gesteuert. Im Retarderbetrieb schaltet wiederum das Umschaltventil 13, 13a auf Stellung 13, der Ladeluftkühler 2 wird über das Regelventil 12 voll mit Öl beaufschlagt, und das Thermostatventil 17 gibt die Leitung 15 frei, so daß das öl über das Umschaltventil 13 zum Motor, Getriebe bzw. Retarder zurückfließen kann.

Claims

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Patentansprüche

lJ Luftgekühlte Brennkraftmaschine mit Aufladung, insbesondere für Fahrzeuge mit einem Getriebe und einer hydrodynamischen Bremse (Retarder)_f mit einem luftgekühlten ölkühler zur Rückkühlung des Motoröls und ggfs. des Retarder- und Getriebeöles und mit einem Ladeluftkühler, der Kanäle für das Motoröl bzw. Retarder- und Getriebeöl aufweist und von diesen durchströmbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeluftkühler (2) vor dem Kühlluftgebläse (3) der Brennkraftmaschine (1) angeordnet und von diesem mit Kühlluft beaufschlagbar ist und in der Begrenzungswand des Kühlluftaufnehmerraumes der Brennkraftmaschine (1) bewegliche Klappen (7) vorgesehen sind, die zur Freigebung einer Abluftöffnung im Kühlluftaufnehraerraum betätigbar sind.
2. Luftgekühlte Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölkühler (8) innerhalb oder außerhalb des Kühlluftaufnehmerraumes der Brennkraftmaschine von dem durch die Abluftöffnung aus dem Kühlluftaufnehmerraum austretendem Kühlluftstrom beaufschlagbar angeordnet ist.

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3. Luftgekühlte Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Bypaßleitung (16) der ölkühler (8) für das Retarder-, Getriebe- bzw. Motoröl umgehbar und durch bekannte Regeleinrichtungen wie z. B. Thermostatventile (12, 17) die den Ladeluftkühler (2) und/oder den ölkühler (8) durchströmende Ölmenge in Abhängigkeit einer leistungsabhängigen Betriebskenngröße wie z. B. Ladedruck, Ladeluft-, Getriebeöl-,Motoröl-, Retarderöltemperatur regelbar ist.
4. Luftgekühlte Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (7) in Abhängigkeit einer leistungsabhängigen Betriebskenngröße wie z. B. Ladedruck, Regelstangenstellung der Einspritzpumpe oder Ladeluft-, Motorbauteil-, Getriebeöl-, Motoröl- oder Retarderöltemperatur steuerbar sind.
5. Luftgekühlte Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Kühlluftgebläses (3) der Brennkraftmaschine (1), z. B. über eine hydrodynamische Kupplung, in Abhängigkeit einer leistungsabhängigen Betriebskenngröße wie Ladedruck, Regelstangenstellung der Einspritzpumpe oder Ladeluft-, Motorbauteil-, Getriebeöl-, Motoröl- oder Retarderöltemperatur regelbar ist.