DE3200689A1 - Aufgeladene brennkraftmaschine - Google Patents

Aufgeladene brennkraftmaschine

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DE3200689A1
DE3200689A1 DE19823200689 DE3200689A DE3200689A1 DE 3200689 A1 DE3200689 A1 DE 3200689A1 DE 19823200689 DE19823200689 DE 19823200689 DE 3200689 A DE3200689 A DE 3200689A DE 3200689 A1 DE3200689 A1 DE 3200689A1
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Paul Dipl.-Ing. 5060 Bergisch Gladbach Tholen
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    • F02B29/045—Constructional details of the heat exchangers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation, materials, or manufacturing and assembly
    • F02B29/0462—Liquid cooled heat exchangers
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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Description

320Q689
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5000 Köln 80, den 14. Dez. 1981 Unser Zeichen/ AE-ZPB P/B
D 81/56
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Aufgeladene Brennkraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einer Ladeluftsammelleitung, über die die vom Verdichter komprimierte Ladeluft der Brennkraftmaschine zugeführt wird, und mit einer Vorrichtung zur Kühlung oder Vorwärmung der Ladeluft.
Derartige Brennkraftmaschinen sind allgemein bekannt. So zeigt z. B. die DE-OS 20 59 220 eine Brennkraftmaschine, bei der mehrere blockförmige Wärmetauscher innerhalb der Ansaugleitung über den V-förmig angeordneten Zylinderreihen vorgesehen sind. Die vom Verdichter komprimierte Ladeluft durchströmt nacheinander die mit Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine beaufschlagten Wärmetauscher.
Nachteilig ist hierbei die durch die Anordnung der Wärmetauscher bedingte Bauhöhe, wodurch die Einsatzmöglichkeit dieser Brennkraftmaschine erheblich beschränkt wird. Außerdem besteht immer eine direkte Abhängigkeit der Ladelufttemperatur zur Kühlflüssigkeitstemperatur, so daß z. B. die Ladeluft nicht unter die Temperatur der Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine gekühlt werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Ladeluftkühlsystem einer aufgeladenen Brennkraftmaschine bezüglich der aufgezeigten Nachteile zu verbessern. Ferner soll das Ladeluftkühlsystem einfach und rationell herzustellen sein und im Teillastbereich der Brennkraftmaschine eine Vorwärmung der Ladeluft ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgeäß dadurch gelöst, daß die Ladeluftsammelleitung ganz oder teilweise als zumindest ein die Ladeluft kühlendes oder vorwärmendes Wärmetauscherlement ausgebildet ist. Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann auf die üblichen, separaten Ladeluftkühler verzichtet werden, und dennoch ist eine ausreichende Ladeluftkühlung zur Erzielung optimaler Leistungsdichte der Brennkraftmaschine gewährleistet. Deshalb sind die durch die Erfindung erzielten Vorteile im wesentlichen darin zu sehen, daß der Einsatzbereich der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine aufgrund des Platzbedarfs praktisch keinerlei Beschränkungen mehr im Vergleich zu aufgeladenen Brennkraftmaschinen ohne Ladeluftkühlung unterworfen ist und dennoch von den Vorteilen der Ladeluftkühlung Gebrauch gemacht werden kann. Außerdem ist die Ladeluftkühlung nicht mehr von den Temperaturen eines Kühlmediums abhängig, das auch noch zur Kühlung anderer Aggregate benutzt wird und ferner besteht wegen der annähernd gleichen Abmessungen der erfindungsgemäßen Ladeluftsammelleitung im Vergleich zu üblichen Ansaugleitungen die Möglichkeit, eine aufgeladene Brennkraftmaschine ohne Ladeluftkühlung in einfacher und platzsparender Weise nachträglich mit diesem Ladeluftkühlsystem auszurüsten, womit eine erhebliche Leistungssteigerung und eine Verbesserung des Wirkungsgrades verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Ladeluftsammelleitung ist je nach Einsatzbereich der Brennkraftmaschine verschiedenartig ausgeführt. Für Brennkraftmaschinen, die im Betrieb häufig wechselnden Laständerungen ausgesetzt
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sind, wird vorgeschlagen, die Ladeluftsairanelleitung in einfacher Weise aus einem Werkstoff mit hoher Wärmekapazität herzustellen, wobei besonders Grauguß zu bevorzugen ist. Hierbei können gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung z. B. Rippen vorgesehen sein, die den Wärmeaustausch begünstigen. Da die jeweiligen Belastungszustände der Brennkraftmaschine auf nur kurze Zeit beschränkt sind, kann die Ladeluft aufgrund der durch die hohe Wärmekapazität bedingte Speicherwirkung des Werkstoffes auf einer günstigen Temperatur gehalten werden, d. h., daß die Ladeluft bei kurzzeitigem Vollastbetrieb gekühlt und bei einer Entlastung nach Vollastbetrieb vorgewärmt wird. Besonders vorteilhaft ist bei diesem Ausführungsbeispiel, daß Ladeluftsammelleitung und Ladeluf tkühlsystem mit nur einem Arbeitsverfahren kostengünstig hergestellt und anschließend rationell montiert werden können.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, die Ladeluftsammelleitung doppelwandig auszuführen, wobei im Zwischenraum der Doppelwandungen ein Arbeitsmedium mit hoher Wärmekapazität eingeschlossen ist. Eine andere alternative Ausführungsmöglichkeit besteht darin, innerhalb der Ladeluftsammelleitung parallel oder quer zu ihrer Längsachse mit dem Arbeitsmedium gefüllte Rippenrohre und/oder Vollmaterialstäbe vorzusehen. Diese Ausgestaltungen der Erfindung werden ebenfalls für Brennkraftmaschinen mit schnell wechselndem Lastkollektiv vorgeschlagen. Da sich die Temperatur des Arbeitsmediums im Vergleich zur schnellen Temperaturänderung der Ladeluft bei Lastwechsel wegen seines größeren Wärmeinhalts wesentlich langsamer ändert, wirkt somit das eingeschlossene Arbeitsmedium in ähnlicher Weise wie ein
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dauernd von Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine durchströmter Wärmetauscher. Als Arbeitsmedium kann in einfacher Weise Wasser oder Öl benutzt werden. Besonders vorteilhaft ist es aber, wenn ein Arbeitsmedium verwendet wird, daß im relevanten Temperaturbereich als Latentspeicher arbeitet, indem es einen Phasenwechsel oder eine chemische Reaktion mit Wärmeumsatz aufweist. Derartige Medien sind z. B. Stearin, dessen Phasenwechsel bei etwa 52 ° C liegt, Glaubersalz (Na2SO4-IOH2O) oder Natriumhydrogenphosphat
In vielen Fällen sind die verschiedenen Belastungszustände der Brennkraftmaschine aber nicht nur auf
L5 kurze Zeiten beschränkt. Deshalb wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, die Rippenrohre und/oder den Zwischenraum der Doppelwandungen der Ladeluftsammelleitung mit zumindest einem innerhalb oder außerhalb der Ladeluftsammelleitung angeordneten, mit dem Arbeitsmedium gefüllten Zusatzbehälter zu verbinden. Dieser Zusatzbehälter kann in beliebiger Weise platzsparend an der Brennkraftmaschine angeordnet sein, da er von sonstigen Aggregaten der Brennkraftmaschine wie beispielsweise dem Flüssig-
>5 keitsrückkühler unabhängig ist. Das in dem Zusatzbehälter eingefüllte Arbeitsmedium garantiert auch bei langer andauerndem Vollastbetrieb eine ausreichende Ladeluftkühlung. Zur Umwälzung des Arbeitsmediums kann eine einfache Zirkulationspumpe Verwendung fin-
!0 den, die mit einer Drehzahlregelung z.B. in Abhängigkeit von der Temperatur des Arbeitsmediums ausgestattet sein kann. Die Verwendung der Zirkulationspumpe ist aber nicht zwingend notwendig, da schon die durch die unterschiedlichen Temperaturen des Ar-
;5 beitsmediums bedingte Thermosyphonwirkung eine ausreichende Umwälzung sicherstellt.
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In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung werden geeignete Maßnahmen vorgeschlagen, wie der Wärmeaustausch innerhalb der Ladeluftsammelleitung begünstigt wird. So sind die Rippenrohre mit dem Zwischenraum der Doppelwandungen verbindbar und von dem Arbeitsmedium durchströmbar ausgebildet. Ferner kann die Ladeluftsammelleitung, insbesondere auf der der Ladeluft zugewandten Wandseite, Rippen aufweisen und ggfs. an zumindest einer der dem Arbeitsmedium zugewandten Wandung mit Noppen versehen sein. Die Noppen dienen zum einen der Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche und zum anderen als Abstandshalter der beiden Wandungen der Ladeluftsammelleitung.
Die Ladeluftsammelleitung besteht gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung aus zwei oder mehreren verbindbaren Teilen, wie beispielweise einem Ober- und einem Unterteil, die miteinander verschweißt werden. Hierdurch können die verschiedenen Ausführungsarten der erfindungsgemäßen Ladeluftsammelleitung nach dem Baukastenprinzip kostengünstig hergestellt und rationell montiert werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, den Zwischenraum der Doppelwandungen und/oder die Rippenrohre der Ladeluftsammelleitung mit einem Flüssigkeitsrückkühler der Brennkraftmaschine, z. B. ölkühler oder Kühlwasserkühler, zu verbinden, um im Teillast- oder Bremsbetrieb die Ladeluft optimal vorzuwärmen.
In besonderer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die den Zwischenraum der Doppelwandungen und/oder die Rippenrohre und/oder den Zusatzbehälter durchströmende Menge des Arbeitsmediums
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temperaturabhängig regelbar ist. Hierzu können übliche Thermostatventile eingesetzt werden, die die Durchströmmenge z. B. in Abhängigkeit der Ladelufttemperatur regelt.
5
Im folgenden wird die Erfindung an schematisch dargestellten, ausgewählten Beispielen näher erläutert. Es stellten dar:
Fig. la zeigt eine Seitenansicht einer Ladeluftsammelleitung für eine Dreizylinder-Brennkraftmaschine im Schnitt.
Fig. Ib zeigt einen Querschnitt einer Zylinderzuführung einer Ladeluftsammelleitung nach Fig. la.
Fig. Ic zeigt eine alternative Ausführung der Ladeluftsammelleitung nach Fig. la im Schnitt.
Fig. Id zeigt einen Querschnitt der Ausführungsformen nach Ic.
Fig. 2a zeigt schematisch eine Seitenansicht der Ladeluftsammelleitung für eine Sechszylinder-Brennkraftmaschine.
Fig. 2b zeigt einen Querschnitt der Ladeluftsammelleitung nach Fig. 2a.
Fig. 2c zeigt eine Vorderansicht der Ladeluftsammelleitung im Schnitt nach Fig. 2b.
In Fig. la ist eine Seitenansicht der Ladeluftsammelleitung für eine Dreizylinder-Brennkraftmaschine
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im Schnitt dargestellt. Mit 1 ist die Ladeluftsammelleitung selbst, mit 2 die Zylinderzuführung der Ladeluftsammelleitung und mit 3 die Gehäusewand der Ladeluftsammelleitung bezeichnet. Die Ladeluft durchströmt in Pfeilrichtung 4 die Ladeluftsammelleitung 1 und erreicht über die Zylinderzuführungen 2 die Brennkraftmaschine. Innerhalb der Ladeluftsammelleitung 1 sind quer zu ihrer Längsachse Vollmaterialstäbe 5 angeordnet. Die Vollmaterialstäbe 5 und die Gehäusewand 3 sind vorzugsweise aus Grauguß hergestellt.
Fig. Ib zeigt einen Querschnitt einer Zylinderzuführung der Ladeluftsammelleitung nach Fig. la. Die Gehäusewand 3 bilden zwei Teile 3a und 3b, die miteinander verschweißt sind. Ferner sind Rippen 3c vorgesehen, die den Wärmetaustausch begünstigen.
In Fig. Ic und Id ist eine alternative Ausführungsform der Ladeluftsammelleitung nach Fig. la dargestellt. Hierbei wird das Gehäuse 3 der Ladeluftsammelleitung 1 durch Doppelwandungen 3d und 3e gebildet, in deren Zwischenraum 6 ein Arbeitsmedium mit hoher Wärmekapazität eingeschlossen ist. Die Wandung 3d weist Noppen 7 auf, die der Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche und als Abstandshalter zur Wandung 3e dienen. Innerhalb der Ladeluftsammelleitung 1 sind mit dem Arbeitsmedium gefüllte Rippenrohre 8 vorgesehen, die mit dem Zwischenraum 6 der Gehäusedoppelwandungen 3d und 3e verbunden sind.
Die Fig. 2a bis 2c zeigen eine weitere Ausführungsform der Ladeluftsammelleitung für eine Sechszylinder-Brennkraftmaschine in drei verschiedenen Ansichten.
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Fig. 2a zeigt eine Seitenansicht der Ladeluftsammelleitung 1. Bei diesem Auführungsbeispiel sind innerhalb der Ladeluftsammelleitung 1 zwei Zusatzbehälter 9 vorgesehen.
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Die Querschnittsdarstellung nach Fig. 2b verdeutlicht das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2a. Die Ladeluf tleitung 1 ist doppelwandig, 3d, 3e, ausgeführt, im Zwischenraum 6 ist das Arbeitsmedium enthalten, und die Wandung 3d weist Noppen 7 auf. Innerhalb der Ladeluftsammelleitung 1 sind zwei Zusatzbehälter 9 vorgesehen, die mit dem Zwischenraum 6 und den Rippenrohren 8 offen verbunden sind. Eine Zirkulationspumpe 10 stellt die Umwälzung des Arbeitsmediums sicher, wobei das Arbeitsmedium in Pfeilrichtung 11 durch den Zwischenraum 6, die Rippenrohre 8 und die Zusatzbehälter 9 strömt. Hierbei können nicht näher dargestellt Thermostatventile vorgesehen sein, die die Durchströmmenge des Arbeitsmediums temperaturabhängig regeln.
In Fig. 2c ist die Ladeluftsammelleitung nach Fig. 2a und 2b in einer geschnittenen Vorderansicht dargestellt.

Claims (12)

  1. 5000 Köln 80, den 14.Dez.1981 Unser Zeichen: AE-ZPB P/B
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    Patentansprüche
    ly Aufgeladene Brennkraftmaschine mit einer Ladeluftsammelleitung, über die die vom Verdichter
    komprimierte Ladeluft der Brennkraftmaschine
    zugeführt wird, und mit einer Vorrichtung zur
    Kühlung oder Vorwärmung der Ladeluft,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeluftsammelleitung (1) ganz oder teilweise als zumindest ein die
    Ladeluft kühlendes oder vorwärmendes Wärmetauscherelement ausgebildet ist.
    10
  2. 2. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeluftsammelleitung (1) aus einem Werkstoff mit hoher Wärmekapazität, insbesondere Grauguß, hergestellt ist.
  3. 3. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeluftsammelleitung (1) doppelwandig ausgeführt ist, wobei im Zwischenraum (6) der Doppelwandungen (3d, 3e) ein Arbeitsmedium mit hoher Wärmekapazität eingeschlos-
    sen ist.
  4. 4. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem
    der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeluftsammelleitung (1) parallel oder quer zu ihrer Längsachse mit dem Arbeitsmedium gefüllte
    Rippenrohre (8) und/oder Vollmaterialstäbe (5) aufweist.
    lof kni'H tumboldl-Dfiitz AG
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    D 81/56
  5. 5. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippenrohre (8) mit dem Zwischenraum (6) der Doppelwandungen (3d, 3e) der Ladeluftsammelleitung
    (1) verbindbar und von dem Arbeitsmedium durchströmbar sind.
  6. 6. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (6) der Doppelwandungen (3d, 3e) und/oder die Rippenrohre (8) mit zumindest einem innerhalb oder außerhalb der Ladeluftsammelleitung angeordneten, mit dem Arbeitsmedium gefüllten Zusatzbehälter (9) verbindbar sind.
  7. 7. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmedium im relevanten Temperaturbereich als Latentspeicher arbeitet, indem es einen Phasenwechsel oder eine chemische Reaktion mit Wärmeumsatz aufweist.
  8. 8. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeluftsammelleitung (1), insbesondere auf der der Ladeluft zugewandten Wandseite, verrippt ist.
  9. 9. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der dem Arbeitsmedium zugewandten Wandseite der Doppelwandungen (3d, 3e) der Ladeluftsammelleitung (1) Noppen (7) aufweist.
    - 3 - 14.12.81
    D 81/56
  10. 10. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeluftsammelleitung (1) aus zwei oder mehreren verbindbaren Teilen (3a, 3b) besteht.
  11. 11. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeluftsammelleitung (1) mit einem Kühlflüssigkeitskreislauf der Brennkraftmaschine verbindbar ist.
  12. 12. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Zwischenraum (6) der Doppelwandungen (3d, 3e) und/oder die Rippenrohre (8) und/oder den Zusatzbehälter (9) durchströmende Menge des Arbeitsmediums temperaturabhängig regelbar ist.
DE19823200689 1982-01-13 1982-01-13 Aufgeladene brennkraftmaschine Withdrawn DE3200689A1 (de)

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EP83900272A EP0111487B1 (de) 1982-01-13 1983-01-11 Aufgeladene brennkraftmaschine mit ladeluftwärmetauscher
DE8383900272T DE3368724D1 (en) 1982-01-13 1983-01-11 Internal combustion supercharged motor with heat exchanger of the combustion air
AT83900272T ATE24577T1 (de) 1982-01-13 1983-01-11 Aufgeladene brennkraftmaschine mit ladeluftwaermetauscher.
PCT/EP1983/000004 WO1983002481A1 (en) 1982-01-13 1983-01-11 Internal combustion supercharged motor with heat exchanger of the combustion air
US06/584,255 US4660532A (en) 1982-01-13 1983-01-11 Supercharged internal combustion engine with heat exchanger for the combustion air

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