DE3200688A1

DE3200688A1 - Vorrichtung zur regelung der ladelufttemperatur einer aufgeladenen brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3200688A1
Application number: DE19823200688
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

• !j. 5000 Köln 80, den 15.Dez. 1981

Unser Zeichen: D 81/57 AE-ZPB P/B

Vorrichtung zur Regelung der

Ladelufttemperatür
einer aufgeladenen Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Ladelufttemperatur einer flüssigkeitsgekühlten, aufgeladenen Brennkraftmaschine mit einem luftgekühlten Ladeluftkühler.

Es ist eine Vorrichtung zur Regelung der Ladelufttemperatur bekannt (DE-OS 27 04 770) , bei der zwei Kühlflüssigkeitsrückkühler, die über jeweils ein Leitungssystem mit der Brennkraftmaschine verbunden sind, im Kühlluftstrom der Brennkraftmaschine angeordnet sind. Das Leitungssystem des einen Rückkühlers weist einen Ladeluftkühler auf, so daß ein Teil der Kühlflüssigkeit zur Kühlung der Ladeluft herangezogen werden kann. Durch temperaturabhängig steuerbare Ventile wird die die Leitungssysteme durchströmende Kühlflüssigkeit mengenmäßig geregelt.

Der Bauaufwand und das Bauvolumen einer derart gestalteten Vorrichtung ist beträchtlich, zumal beide Kühlflüssigkeitsrückkühler für eine ausreichende Kühlung der Brennkraftmaschine und der Ladeluft sehr groß ausgeführt werden müssen und eine Vielzahl von aufwendigen Leitungen erforderlich ist. Der damit verbundene Platzbedarf einer mit dieser Vorrichtung ausgerüsteten Brennkraftmaschine ist dementsprechend erheblich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Regelung der Ladelufttemperatur einer flüssigkeitsgekühlten, aufgeladenen Brennkraftmaschine mit Ladeluftkühlung zu

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schaffen, die aufgrund ihres Bauaufwandes und ihres Bauvolumens heutige Anforderungen an Brennkraftmaschinen bezüglich eines geringen Platzbedarfes erfüllt und dennoch eine Anpassung der Ladelufttemperatur an die verschiedenen Belastungszustände der Brennkraftmaschine unter Ausnutzung der hohen Kühlleistung eines luftgekühlten Ladeluftkühlers ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ladeluftkühler Flüssigkeitsführungen aufweist, die über Anschlußleitungen mit dem Kühlflüssigkeitskreislauf der Brennkraftmaschine verbunden sind, so daß die drei Medien Ladeluft, Kühlluft und Kühlflüssigkeit an einem gegenseitigen Wärmeaustausch beteiligbar sind. Die hierdurch erzielten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß durch die Kühlluftbeaufschlagung des Ladeluftkühlers nur ein Kühlflüssigkeitsrückkühler zur Kühlung der Brennkraftmaschine und zur Vorwärmung der Ladeluft benötigt wird, der dementsprechend ausschließlich nach den Kühlanforderungen der Brennkraftmaschine dimensioniert werden muß und somit geringere Abmessungen aufweist. Der Ladeluftkühler kann ebenfalls kleiner ausgeführt werden, da die Kühlung der Ladeluft von ümgebungsluft sichergestellt wird, die bei einem niedrigerem Temperaturniveau als die von dem Flüssigkeitsrückkühler der bekannten Vorrichtung gekühlte Kühlflüssigkeit vorliegt. Durch den Wegfall eines Rückkühlers kann das Kühlflüssigkeitsleitungssystem optimiert und somit wesentlich wartungsfreundlicher gestaltet werden. Dies alles führt zu einer beträchtlichen Verringerung des Bauvolumens und des Bauaufwandes einer mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestatteten Brennkraftmaschine.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, den Ladeluftkühler von dem Kühlluftgebläse der Brennkraftmaschine mit Kühlluft zu beaufschlagen. Damit ist eine besonders

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raumsparende Kompaktbauweise verbunden. Es ist aber ebenfalls möglich, ein zusätzliches, separates Kühlluftgebläse zur Kühlluftbeaufschlagung des Ladeluftkühlers vorzusehen.

Der Ladeluftkühler ist so aufgebaut, daß allseitig ein guter Wärmeübergang zwischen den drei am Wärmeaustausch beteiligbaren Medien Kühlluft, Ladeluft und Kühlflüssigkeit gewährleistet ist. Hierzu können die Führungen der Kühlluft, Ladeluft und Kühlflüssigkeit im Ladeluftkühler durch bekannte Gestaltungsmöglichkeiten von Wärmetauscherbauteilen z. B. mit Rippen oder Lamellen versehen sein, und die im Ladeluftkühler parallel angeordneten Flüssigkeitsführungen werden jeweils von einer Kühlluftführung und einer Ladeluftführung begrenzt. Zweckmäßigerweise werden Ladeluft und Kühlluft im Kreuzstrom geführt, jedoch ist dieses nicht zwingend notwendig. Der Ladeluftkühler ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung derart gestaltet, daß jede Flüssigkeitsführung jeweils direkt mit einer Zuflußsammelleitung und einer Abflußleitung offen verbunden ist, wobei die Zuflußsammelleitung direkt oberhalb und die Abflußleitung direkt unterhalb der Ladeluftführungen und der Kühlluftführungen angeordnet ist. Hierdurch können auch noch Zuflußsammei- und Abflußleitung - zumindest zum Teil - als Wärmeaustauschfläche genutzt werden.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die den Ladeluftkühler und den Kühlflüssigkeitsrückkühler durchströmende Kühlflüssigkeitsmenge durch bekannte Regeleinrichtungen wie z. B. Thermostatventile in Abhängigkeit einer motorlastabhängigen Betriebskenngröße wie z. B. Abgas-, Bauteil-, Ladeluft- oder Kühlflüssigkeitstemperatur am Ladeluftkühleraustritt, Regelstangenstellung der Einspritzpumpe oder Ladeluftdruck innerhalb eines vorgebbaren unteren oder oberen Grenzwertes regelbar ist. Hierdurch ist sichergestellt, daß die den Ladeluftkühler durchströmende Kühlflüssigkeitsmenge der Tempej

' ratur der Ladeluft entsprechend angepaßt werden kann.

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Für Brennkraftmaschinen, bei denen bei steigender Drehzahl und voller Einspritzmenge auch Druck und Temperatur aer Ladeluft ansteigen, wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß der vorgebbare untere und obere Grenzwert in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine veränderbar ist. Diese Grenzwertverschiebung soll derart erfolgen, daß im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine die den Ladeluftkühler durchströmende Kühlflüssigkeitsmenge bereits bei geringen Ladedrücken bzw. bei niedrigen Ladelufttemperaturen gedrosselt werden kann. Eine derartige Grenzwertveränderung läßt sich bei einem Thermostatventil relativ einfach durch eine direkte mechanische, hydraulische oder pneumatische Einwirkung einer drehzahlabhängigen Größe auf den Schaltbereich des Thermostaten realisieren.

Die Rippen der Kühlflüssigkeitsführungen des Ladeluftkühlers können derart gestaltet sein, wie in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß diese die jeweils von der Kühlluftführung begrenzten Wandung mit der von der Ladeluftführung begrenzten Wandung wärmeleitend verbinden, so daß ein guter Wärmeübergang zwischen Kühlluft und Ladeluft auch dann gewährleistet ist, falls der Durchfluß der Kühlflüssigkeit stark gedrosselt oder ganz unterbrochen wird.

In besonderer Ausführung der Erfindung ist das Kühlluftgebläse mit einer Drehzahlregelung versehen. Die Regelung soll über bekannte Regeleinrichtungen, wie z. B. Thermostaten, in Abhängigkeit einer motorlastabhängigen Betriebskenngröße wie Abgas-, Bauteil-, Ladeluft- oder Kühlflüssigkeitstemperatur oder aber in Abhängigkeit der Regelstangenstellung der Einspritzpumpe oder des Ladedruckes erfolgen. Hierdurch ist eine optimale Anpassung an den jeweiligen Kühlluftbedarf des Ladeluftkühlers und/oder der Brennkraftmaschine möglich. Durch die Kühiflüssigkeitsbeaufschlagung des Ladeluftkühlers bewirkt

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die erfindungsgemäße Vorrichtung eine deutlich geringere mittlere Drehzahl bzw. geringere Einschaltdauer des Kühlluftgebläses im Gegensatz zu bekannten flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen mit luftgekühltem Ladeluftkühler und regelbarem Kühlluftgebläse, da während des Normalbetriebes der Brennkraftmaschine die Ladeluft der Kühlfüssigkeit Wärme entzieht.

Um im Bremsbetrieb eine optimale Vorwärmung der Ladeluft und somit der Brennkraftmaschine sicherzustellen, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, über eine Bypaßleitung in Abhängigkeit von z. B. der Bremspedalstellung oder ggfs. der Retarderöltemperatur unter Umgehung sonstiger Regeleinrichtungen den Ladeluftkühler voll mit Kühlflüssigkeit zu beaufschlagen. Hierzu kann man in einfacher Weise Magnetventile einsetzen, die vom Bremspedal, dem Stellglied der Auspuffbremse bzw. mit Einschalten des Retarders betätigt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung regelt die Ladelufttemperatur ebenso zufriedenstellend, falls als Vorwärmflüssigkeit Motor-, Getriebe- oder Hydrauliköl der Brennkraftmaschine zur Vorwärmung der Ladeluft benutzt wird. Hierzu ist der Ladeluftkühler durch ein entsprechendes Leitungssystem mit dem jeweiligen Ölkreislauf zu verbinden. Die aufgezeigten Vorteile gelten hierbei in analoger Weise, wobei ein luftbeaufschlagter Rückkühler dieser Flüssigkeiten ebenfalls in Reihe mit dem Ladeluftkühler geschaltet sein kann.

Zur Verdeutlichung der vorliegenden Erfindung dienen die drei nachfolgend beschriebenen Abbildungen eines bevorzugten Ausführungsbeispieles. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung einer flüssigkeitsgekühlten aufgeladenen Brennkraftmaschine mit Ladeluftkühlung,

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Pig. 2 einen Ausschnitt einer Abb. 1 ähnlichen schematischen Darstellung,

Fig. 3 einen bevorzugten Ladeluftkühler für die erfindungsgemäße Vorrichtung.

In Fig. 1 sind der Ladeluftkühler 1 und der Kühlflüssigkeitsrückühler 2 vor dem Kühlluftgebläse 3 einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine 4 angeordnet. Die vom Verdichter 5 komprimierte Ladeluft durchströmt in Pfeilrichtung 6 den Ladeluftkühler 1 und wird danach der Brennkraftmaschine 4 zugeführt. Der Ladeluftkühler 1 ist über Anschlußleitungen 7 mit den Leitungen 8 des Kühlflussxgkeitskreislaufs der Brennkraftmaschine 4 verbunden. Ein thermostatisches Ventil 9 regelt die den Ladeluftkühler 1, den Flüssigkeitsrückkühler 2 oder die Kurzschlußleitung 10 durchströmende Flüssigkeitsmenge. Die Flüssigkeit durchströmt solange ausschließlich die Kurzschlußleitung 10, bis die Brennkraftmaschine 4 Betriebstemperatur erreicht hat.

Das Ventil 11 blockiert bei Erreichen einer vorgegebenen Kühlwassermaximaltemperatur am Ladeluftkühleraustritt die Leitung 7, so daß dann die Ladeluft ausschließlich von der vom Kühlluftgebläse 3 in Pfeilrichtung 12 geförderten Kühlluft gekühlt wird.

In der Ausführungsform nach Fig. 2 ist das durch die Kühlwassertemperatur geregelte Ventil 11 nach Fig. 1 durch das Ventil 13 ersetzt, das den Flüssigkeitsdurchsatz durch die Leitung 7 direkt in Abhängigkeit der Ladelufttemperatur regelt. Zusätzlieh ist in dieser Ausführungsform eine Bypaßleitung 14 vorgesehen, die ein Magnetventil 15 aufweist, das bei normalen Betriebszuständen die Bypaßleitung 14 verschließt und bei Bremsbetrieb diese voll freigibt, so daß das Ventil 13 umgangen werden kann und somit der Ladeluftkühler voll mit Kühlflüssigkeit beaufschlagt wird.

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Fig. 3 zeigt einen bevorzugten Ladeluftkühler für die erfindungsgemäße Vorrichtung. Hierbei werden die Kühlflüssigkeitsführungen 16 von der Ladeluftführung 17, die in Pfeilrichtung 18 durchströmt werden, und die Kühlluftführungen 19, die in Pfeilrichtung 20 durchströmt werden, begrenzt. Die Kühlflüssigkeit wird in Pfeilrichtung 21 einer Zuflußsammelleitung 22 zugeführt, durch die die Kühlflüssigkeitsführungen 16 parallel mit Kühlflüssigkeit gespeist werden. Durch eine nicht näher dargestellte Abflußleitung 23 tritt die Kühlflüssigkeit in Pfeilrichtung 24 aus dem Ladeluftkühler heraus. Die Flussigkeits-, Kühlluft- und Ladeluftführungen 16, 17, 19 sind mit Lamellen 16.1, 17.1, 19.1 versehen, die einen guten Wärmeübergang gewährleisten.

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Leerseite

Claims

5000 Köln 80, den 15.Dez.1981 Unser Zeichen: D 81/57 AE-ZPB P/B

Patentanspr üche

(l/ Vorrichtung zur Regelung der Ladelufttemperatur einer flüssigkeitsgekühlteri, aufgeladenen Brennkraftmaschine mit einem luftgekühlten Ladeluftkühler,

dadurch gekennzeichnet daß der Ladeluftkühler (1) Flüssigkeitsführungen (16) aufweist, die über Anschlußleitungen (7) mit aem Kuhlflüssigkeitskreislauf der Brennkraftmaschine (4) verbunden sind, so daß die drei Medien Ladeluft, Kühlluft una Kühlflüssigkeit an einem gegenseitigen Wärmeaustausch beteiligbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeluftkühler (1) von dem Kühlluftgebläse (3) der Brennkraftmaschine (4) mit Kühlluft beaufschlagbar ist.
3. . Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeluftkühler (1) durch ein zusätzliches Kühlluftgebläse mit Kühlluft beaufschlagbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Ladeluftkühler (1) die parallelen Flüssigkeitsführungen (16) jeweils, von einer Kühlluftführung

(19) und einer Ladeluftführung (17) begrenzt werden und die Ladeluft und die Kühlluft im Kreuzstrom geführt werden.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Flüssigkeitstührung (16) jeweils direkt mit einer Zuflußsammelleitung (22) und einer Abflußleitung (23) offen verbunden ist, wobei die Zutlußsammelleitung (22) direkt oberhalb und die Abflußleitung (23) direkt unterhalb der Ladeluftführungen (17) und der Kühlluftführungen (19) angeordnet ist.

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6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ladeluftkühler (1) und den Kühlflüssigkeitsrückkühler (2) durchströmende Kühlflüssigkeitsmenge durch bekannte Regeleinrichtungen wie z. B. Thermostatventile (9) in Abhängigkeit einer motorlastabhängigen Betriebskenngröße wie z. B. Abgas-, Bauteil-, Ladeluft- oder Kühlflüssigkeitstemperatur am Ladeluftkühleraustritt, Regelstangenstellung der Einspritzpumpe oder Ladeluftdruck innerhalb eines vorgebbaren unteren und oberen Grenzwertes regelbar ist. 10
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der untere bzw. obere Grenzwert in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine (4) verän derbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsführungen (16) des Ladeluftkühlers (1) Rippen oder Lamellen (16.1 ) aufweisen, die di jeweils von der Kühlluftführung (19) begrenzten Wandung mit der von der Ladeluftführung (17) begrenzten Wanäuri der Flüssigkeitsführung (16) wärmeleitend verbinden.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des den Ladeluftkühl*

(1) mit Kühlluft beaufschlagenden Kühlluftgebläses (3) in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit einer motor lastabhängigei Betriebskenngröße wie z. B. Abgas-, Bauteil-, Ladeluft- oder Kühlflüssigkeitstemperatur, Regelstangenstellung der Einsprit: pumpe oder Ladeluftdruck regelbar ist.

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10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Bypaßleitung (14) in Abhängigkeit von z. B. der Bremspedalstellung oder dem Stellmechanismus einer Auspuffbremsklappe oder mit dem Betätigungsglied des Retarders im Bremsbetrieb der Ladeluftkühler unter Umgehung sonstiger Regeleinrichtungen mit Kühlflüssigkeit beaufschlagbar ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeluftkühler (1) mit dem Flüssigkeitskreislauf des Motor-, Getriebe-, Retarder- oder Hydrauliköles der Brennkraftmaschine (4) verbindbar ist.