DE3434173C1

DE3434173C1 - Vorrichtung zur Kühlung der Verbrennungsluft einer aufgeladenen Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3434173C1
Application number: DE3434173A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 7302 Ostfildern Wulf
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1984-09-18
Filing date: 1984-09-18
Publication date: 1985-10-31

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kühlung der Verbrennungsluft einer aufgeladenen Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einer Brennkraftmaschine der vorstehend genannten Art (DE-OS 32 05 009) ist es bekannt, eine klopfende Verbrennung dadurch zu verhindern, daß der Druck in der Ladeluftleitung abgesenkt wird. Die Druckabsenkung wird von einem Drosselventil bewirkt, das in der Abgasleitung stromauf des Abgasturboladers angeordnet ist und von einem Klopfsensor über eine Steuereinheit gesteuert wird. Bei klopfender Verbrennung werden die Abgase, vom Drosselventil an der Turbine vorbei in die Abgasleitung geleitet, wodurch die Leistung der Turbine und damit der Ladedruck sinkt.

Des weiteren ist aus der DE-OS 24 42 151 eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem im Ansaugsystem stromab des Verdichters befindlichen Abblaseventil bekannt, das bei einem Überschreiten eines vorgegebenen Ladeluftdruckes im Ansaugsystem Ladeluft abbläst, die der Brennkraftmaschine zur Kühlung zugeleitet wird.

Ferner ist aus der JP-Abstr. 56-148 614 eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem in der Ansaugluftleitung befindlichen Luft/Luft Wärmetauscher bekannt. Stromauf des Wärmetauschers ist der Ansaugluftleitung ein Teilluftstrom entnehmbar, der ein Lüfterrad antreibt, das einen Luftstrom dem Wärmetauscher zuführt, mit dem die der Brennkraftmaschine zugeführte Verbrennungsluft gekühlt wird. Von Nachteil ist jedoch dabei, daß bei einer Ladedruckabsenkung die in den Abgasen vorhandene Energie nicht unmittelbar zur Kühlung der Ladeluft verwendet wird, sondern über den verlustbehafteten Antrieb eines Lüfters erfolgt, mit dem Umluft dem im Ansaugsystem befindlichen Ladeluftwärmetauscher zugeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtung derart weiterzubilden, daß mit dem überschüssigen Ladeluftstrom eine verstärkte Ladeluftkühlung erzielt werden soll, die einer klopfenden Verbrennung entgegenwirken soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Weitere Merkmale der Erfindung beinhalten die Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist den Vorteil auf, daß bei einer klopfenden Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum der Brennkraftmaschine der Ladeluftdruck in der Ladeluftleitung von einem zu einem darauffolgenden Arbeitsspiel abgesenkt werden kann.

Um die Energie des abgezweigten Teilluftstromes zu nutzen, wird dieser zur Kühlung der Ladeluft verwendet. Somit kann z.B. der dem Fahrtwind ausgesetzte Ladeluftkühler baulich kompakt und ausschließlich für den Grundlastbereich ausgelegt werden. Mit der brennkraftmaschinenbetriebsabhängig zuschaltbaren Ladeluftkühlung ist sichergestellt, daß die Brennkraftmaschine unter allen Betriebsbedingungen stets betriebssicher und mit einem optimierten Wirkungsgrad betreibbar ist. Dabei wird der Ladeluftstrom mit dem vom Verdichter überschüssig geförderten Teilluftstrom gekühlt (Joule-Thomson-Effekt).

In der Zeichnung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in zwei beispielsweisen Ausführungsformen dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader und einer Vorrichtung zur Kühlung der Ladeluft, und

F i g. 2 eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader und einem weiteren in der Ladeluftleitung der Brennkraftmaschine angeordneten Ladeluftkühler.
Eine in der F i g. 1 mit 1 bezeichnete Brennkraftmaschine umfaßt ein Abgassystem 2 mit einem Abgasturbolader 3 und eine Ladeluftleitung 4 mit einem Ladeluftkühler 5. Einem Verdichter 6 des Abgasturboladers 3 ist ansaugseitig ein Luftfilter 7 zugeordnet. Stromab des Verdichters 6 weist die Ladeluftleitung 4 ein über einen Stellantrieb 8 betätigbares Abblaseventil 9 auf, mit dem eine Nebenstromleitung 10 absperrbar ist. Die Nebenstromleitung 10 weist stromab des Abblaseventils 9 eine Drosselstelle 11 auf, der eine Expansionsstrecke 12 folgt, die durch den Ladeluftkühler 5 begrenzt ist. An der Brennkraftmaschine 1 ist ein Meßfühler 13 befestigt, mit dem eine klopfende Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum der Brennkraftmaschine 1 erfaßbar ist. Die Ausgangssignale des Meßfühlers 13 werden über eine signalübertragende Leitung 14 einer Steuereinheit 15 zugeführt, die den Stellantrieb 8 beeinflußt, wodurch eine Absenkung des Ladedruckes in der Ladeluftleitung 4 erfolgt.

Im Ausführungsbeispiel der F i g. 2 ist in der Ladeluftleitung 16 ein zweiter Ladeluftkühler 17 zwischen dem Ladeluftkühler 5 und dem Abblaseventil 9 angeordnet.

Die Expansionsstrecke 12 der Nebenstromleitung 10 ist einerseits durch den Ladeluftkühler 17 und andererseits durch die Drosselstelle 11 begrenzt.

Während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 wird die der Brennkraftmaschine 1 zugeführte Verbrennungsluft durch das Luftfilter 7 dem Verdichter 6 zugeführt und durch die Ladeluftleitung 4 nach einem Durchströmen des Luft-Luft-Ladekühlers 5 den Brennräumen der Brennkraftmaschine 1 zugeleitet. Eine klopfende Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum der Brennkraftmaschine 1 wird mit dem an der Brennkraftmaschine 1 angeordneten Meßfühler 13 erfaßt, und die Ausgangssignale des Meßfühlers 13 wer-

den mit der signalübertragenden Leitung 14 der Steuereinheit 15 zugeführt. Die Steuereinheit 15 aktiviert den Stellantrieb 8, der das Abblaseventil 9 öffnet. Ein Teilluftstrom der Ladeluft fließt in die Nebenstromleitung 10 ab. Mit dem öffnen des Abblaseventils 9 sinkt der Ladedruck in der Ladeluftleitung 4 rasch ab, wodurch der Brennkraftmaschine sehr schnell Ladeluft mit niederem Ladedruck zugeführt wird. Der in die Nebenstromleitung 10 abgezweigte Teilluftstrom gelangt zur Drosselstelle 11. Stromauf der Drosselstelle 11 herrscht ein großer Druck und ein kleines Volumen und stromab der Drosselstelle 11 herrscht ein kleiner Druck und ein großes Volumen. Der durch die Drosselstelle 11 strömende Teilluftstrom entspannt sich und kühlt ab. Der in der Expansionsstrecke 12 befindliche Teilluftstrom weist eine niedrigere Temperatur auf als die Ladeluft. Der Teilluftstrom wird in dem Ladeluftkühler 5 als Kühlmedium zur Kühlung der Ladeluft zugeführt. Durch den herabgekühlten und der Brennkraftmaschine zugeführten Ladeluftstrom erfolgt eine stärkere Kraftstoff- Luft-Gemisch-Kühlung, durch die zusammen mit der Ladedruckabsenkung die Klopfneigung unterdrückt wird. In Abhängigkeit der Intensität der Klopfneigung wird das Abblaseventil 9 über den Stellantrieb 8 unterschiedlich weit geöffnet, so daß infolge des Teilluftstromes eine mehr oder weniger intensive zusätzliche Kühlung und Druckabsenkung des Ladeluftstromes erfolgt.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 erfolgt die Regelung zur Druckabsenkung und Kühlung des Ladeluftstromes wie es anhand des Ausführungsbeispieles gemäß F i g. 1 aufgezeigt wurde.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann zur Regelung der Kühlung der Ladeluft auch die Temperatur der Ladeluft Verwendung finden.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann die nach dem Joule-Thomson-Effekt abgekühlte Ladeluft, der Verbrennungsluft der Brennkraftmaschine zugeführt werden, zur Klimatisierung des Fahrgastraumes, zur Kühlung von Flüssigkeiten oder von Nebenaggregaten Verwendung finden. .

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Kühlung der Verbrennungsluft einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit einem Ladeluftkühler in der Ladeluftleitung, aus der ein Teilluftstrom der Ladeluft stromauf des Ladeluftkühlers über ein von einer Steuereinheit aktivierbares Abblaseventil in eine Nebenstromleitung ableitbar ist und zur Kühlung der Ladeluft Verwendung findet, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung der ladeluftseitigen Abblaseregelung der abgeblasene Teilluftstrom nach Entspannung an einer Drosselstelle (11) zur verstärkten Kühlung durch den Ladeluftkühler (5,17) geleitet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß in der Ladeluftleitung (16) ein weiterer Ladeluftkühler (17) angeordnet ist, der ausschließlich vom Teilluftstrom gekühlt wird.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich stromab der Drosselstelle (11) eine Expansionsstrecke (12) anschließt, die sich bis zum Ladeluftkühler (5,17) erstreckt und eine durchströmbare Querschnittsfläche aufweist, die größer ist als die durchströmbare Querschnittsfläche der Nebenstromleitung (10).